Cap.tulo 5. Evoluci.n de los par.metros en cada etapa

CAPÍTULO 5

ETAPAS DE TRATAMIENTO Y DESINFECCIÓN OBJETIVOS El principal objetivo de este capítulo es evaluar la capacidad del proceso de regeneración de agua para inactivar bacterias y virus, hasta niveles de calidad comparables con los establecidos en el Código del Agua del estado de California. Otros objetivos han sido:

1. Determinar la contribución relativa de cada una de las etapas del proceso de regeneración en la mejora de la calidad del efluente secundario de la EDAR de Mataró.

2. Comparar el comportamiento de los indicadores bacterianos respecto al de un indicador vírico (bacteriófagos F+-ARN).

ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS El capítulo se ha dividido en cuatro partes. La primera estudia el tratamiento físico-químico y la filtración; la segunda la desinfección con luz UV e hipoclorito; la tercera la desinfección con hipoclorito; y la cuarta la fiabilidad de todo el proceso de regeneración de agua de la planta de Mataró respecto algunos parámetros de calidad del agua. En esta última parte, los parámetros de calidad se han valorado con respecto a los criterios de calidad del Código del Agua del estado de California. Los datos obtenidos en los análisis de laboratorio permitieron cuantificar los microorganismos indicadores de contaminación fecal. Los controles sobre los ensayos de enumeración y de identificación de los indicadores permiten asegurar que los resultados obtenidos se basan en datos creíbles y rigurosos. La Tabla 5.1 resume el resultado de los controles sobre los análisis de enumeración de indicadores bacterianos. Estos controles consistieron en analizar un blanco para cada efluente y hora de muestreo. El blanco se obtuvo filtrando 1 ml de disolución tampón con un filtro de celulosa de 0,22µm. Después se dejó incubar a 37ºC durante 24 horas en una placa de petri con un medio de crecimiento adecuado. En un material de trabajo esterilizado no debían aparecer colonias de bacterias sobre el filtro.

Tabla 5.1 Controles sobre los análisis de enumeración de indicadores bacterianos de contaminación fecal. Laboratorio de Ingeniería Sanitaria y Ambiental de la UPC (Julio-Septiembre de 2003). SI = correcto, NO = incorrecto.

Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3

10:30h 12:00h 13:30h 10:30h 12:00h 13:30h 10:30h 12:00h 13:30h Día 1 SI SI SI SI SI SI SI SI SI Día 2 SI SI SI SI SI SI SI SI SI Día 3 SI SI SI SI SI SI SI SI SI Día 4 SI SI SI SI SI SI SI NO SI Día 5 SI SI SI SI NO SI SI SI SI

90 Capítulo 5

La Tabla 5.1 muestra que la mayoría de los blancos son correctos y las concentraciones de coliformes totales y de Escherichia coli cumplen con el control establecido por la ISO. Los análisis con control incorrecto se volvieron a repetir. La Tabla 5.2 muestra los resultados de los controles sobre el proceso de titulación del indicador vírico (fagos F+-ARN). Los controles que se realizaron fueron los siguientes: 1) negativo: control de la bacteria para comprobar que no estaba infectada por bacteriófagos, no debiendo aparecer ninguna calva, 2) positivo: control de infección de la bacteria, el número de calvas después del recuento de bacterias debe estar entre 60 y 100 y 3) RNasa: no deben aparecer calvas si la RNasa funciona correctamente.

Tabla 5.2 Resultados de los controles sobre los análisis de titulación del indicador vírico de contaminación fecal. Laboratorio de Ingeniería Sanitaria y Ambiental de la UPC (Julio-Septiembre de 2003).

Campaña 1, tratamiento físico-químico y filtración Control 21/07/03 22/07/03 23/07/03 24/07/03 25/07/03

Control negativo, ufp/100ml 0 0 0 0 0 Control positivo, ufp/100ml 60 76 52 52 57 Control RNasa, ufp/100ml 0 0 0 0 0

Campaña 2, desinfección UV+hipoclorito Control 04/08/03 05/08/03 06/08/03 07/08/03 08/08/03 Control negativo, ufp/100ml 0 0 0 0 0 Control positivo, ufp/100ml 57 60 60 67 67 Control RNasa, ufp/100ml 0 0 0 0 0

Campaña 3, desinfección hipoclorito Control 18/08/03 19/08/03 20/08/03 21/08/03 22/08/03 Control negativo, ufp/100ml 0 0 0 0 0 Control positivo, ufp/100ml 4 4 15 15 138 Control RNasa, ufp/100ml 0 0 0 0 98

Los controles de las campañas 1 y 2 fueron correctos. En cambio, los controles sobre los análisis de la campaña 3 muestran que algo falló en la infección de la bacteria y en la RNasa. Los controles positivos de los días 18/08, 19/08, 20/08 y 21/08 fueron demasiado bajos (4-15 ufp/100ml) y el control sobre la RNasa del día 22/08 fue de 98 ufp/100ml. Por esta razón, los resultados conseguidos durante la enumeración de los fagos F+-ARN en la tercera campaña no fueron válidos, ya que no cumplieron los controles establecidos por la ISO. Los análisis de las muestras de la tercera campaña no pudieron repetirse, al no disponer del volumen de muestra suficiente para ello. Esto ha impedido realizar la evaluación del proceso de desinfección con hipoclorito respecto al indicador vírico. Una exigencia característica de los proyectos de regeneración de agua es la necesidad de asegurar una fiabilidad notable del proceso de tratamiento. La fiabilidad de un proceso de reutilización de aguas residuales se relaciona con la variación en la concentración de virus entéricos (Asano et al, 1999) y se define como la probabilidad de que el riesgo de infección por virus entéricos no supere un nivel aceptable. El objetivo final es satisfacer los límites de calidad establecidos para el efluente. El análisis de la variabilidad de las concentraciones de microorganismos de contaminación fecal en los procesos de tratamiento de la planta de Mataró se consideró imprescindible para asegurar la fiabilidad del proceso de regeneración. El estudio estadístico, realizado con el programa SPSS 9.0, permitió comprobar que los datos de concentración de microorganismos se ajustaban a una distribución lognormal.

Evolución de los parámetros en cada etapa 91

Esta comprobación se hizo con la prueba no paramétrica de Kolmogorov-Smirnov. Una vez hecha esta comprobación, y obtenidos los parámetros de la distribución lognormal (media, desviación típica y percentiles), se utilizó el SigmaPlot 8.0 para dibujar las funciones de probabilidad y las rectas de regresión. Se calculó también el factor de regresión. TRATAMIENTO FÍSICO-QUÍMICO Y FILTRACIÓN El objetivo principal del estudio del tratamiento físico-químico y la filtración es evaluar la calidad físico-química y microbiológica del agua tratada con los procesos de: coagulación-floculación, decantación y filtración. Otro objetivo es determinar la fiabilidad de estos tratamientos respecto a la inactivación de los microorganismos. La Tabla 5.3 muestra los valores medios y las desviaciones típicas de los parámetros de control del agua tratada mediante los procesos de coagulación-floculación, decantación y filtración.

Tabla 5.3 Valores medios y desviaciones típicas de los parámetros de control de los efluentes de los procesos físico-químico y filtración. Planta de regeneración de agua de Mataró (Julio-Agosto de 2003).

Parámetro Puntos de muestreo de la planta (efluentes)

Efluente secundario Decantador lamelar Filtro a presión Media Des.típ. Media Desv.típ. Media Desv.típ.

pH 7,28 0,16 n = 5 7,32 0,19

n = 5 7,29 0,18 n = 5

Conductividad, µS/cm 2438 378

n = 5 2451 353 n = 5 1968 305

n = 39 Transmitancia,

% 4,68 3,54 n = 5 13,67 3,74

n = 4 49,85 14,82 n = 43

Pará

met

ros f

ísic

o-qu

ímic

os

Turbiedad, UNT 75,20 19,23

n = 5 13,48 6,02 n = 5 13,33 3,83

n = 4 Coliformes totales,

ulog/100 ml 6,85 0,22 n = 14 6,10 0,27

n = 15 6,14 0,22 n = 14

Escherichia coli, ulog/100 ml 6,33 0,26

n = 15 5,75 0,38 n = 15 5,83 0,25

n = 14

Pará

met

ros

mic

robi

ológ

icos

a

Fagos F+-ARN, ulog/100 ml 5,19 0,28

n = 15 4,55 0.53 n = 15 4,53 0,41

n = 13

n : número de datos analizados; a): los valores están obtenidos con dos réplicas. Parámetros Físico-Químicos Como ilustra la Tabla 5.3, la conductividad y el pH sufren un ligero aumento después de los procesos de coagulación-floculación y decantación, y una pequeña disminución después de la filtración. El valor medio de la conductividad a la entrada del tratamiento físico-químico es 2438 µS/cm y a la salida 2451 µS/cm. Esto se debe principalmente al proceso de coagulación ya que hay una aportación de iones al agua. La conductividad del agua disminuye después de pasar por el filtro. La Tabla 5.3 muestra también la evolución de la turbiedad y de la transmitancia. La turbiedad media del efluente de la EDAR de Mataró es de 75 UNT. Tras los procesos de coagulación-floculación y decantación, la turbiedad media del agua es de 14 UNT y después de la filtración es de 13 UNT. La transmitancia del agua aumenta

92 Capítulo 5

progresivamente en cada etapa, aunque el mayor incremento lo produce la filtración. El valor medio de la transmitancia del efluente de la EDAR es del 5% y a la salida de la decantación alcanza una media de 15%. La filtración lo hace aumentar hasta el 50%, con una desviación típica del 13%. La Figura 5.1 representa la evolución de la turbiedad y de la transmitancia del agua por efecto de los procesos de tratamiento físico-químico y de filtración. También muestra los valores medios y las desviaciones típicas de estos parámetros.

FiltraciónDecantaciónEfluente

Tran

smita

ncia

, %

80

60

40

20

0FiltraciónDecantaciónEfluente

Turb

ieda

d, U

NT

120

100

80

60

40

20

0

Figura 5.1 Evolución de la turbiedad y de la transmitancia del agua durante el

tratamiento físico-químico y la filtración de la planta de regeneración de agua de Mataró.

La turbiedad del efluente disminuye con el tratamiento físico-químico y no varía en la filtración. En cambio, la transmitancia del agua a la salida de la decantación aumenta muy poco y lo hace de forma más importante después de la filtración. La Tabla 5.4 resume los rendimientos de la coagulación-floculación-decantación y la filtración respecto a la reducción de la turbiedad y la mejora de la transmitancia.

Tabla 5.4 Calidad del efluente y rendimientos relativos de cada etapa. Planta de regeneración de agua de Mataró.

Turbiedad Transmitancia

UNT Rend., % % Rend., % Efluente secundario 75,2 --- 4,7 --- Efluente de la decantación 13,5 82 13,7 20 Efluente de la filtración 13,5 0 49,9 80 Rendimiento global --- 82 --- 100

Como puede apreciarse en la Tabla 5.4, el proceso más eficaz para eliminar la turbiedad es el físico-químico, mientras que el filtro presenta el mejor rendimiento para aumentar la transmitancia. La turbiedad del efluente secundario se reduce en un 81% gracias a los procesos de coagulación-floculación y decantación. La filtración no contribuye en la reducción de la turbiedad y, sin embargo, contribuye con un 80% al aumento de la transmitancia. La razón del bajo rendimiento del filtro, sobre todo en la turbiedad, es su diseño. El filtro es a presión y por lo tanto requiere de una bomba de impulsión. La bomba está


instalada entre el decantador y el filtro, promoviendo la rotura de los flóculos que han conseguido escapar de la decantación. De esta manera los flóculos convertidos en pequeñas partículas pasan a través del filtro. Este gran inconveniente se evitaría si se contara con un filtro por gravedad. En este caso no se necesitaría la bomba para impulsar el agua y los flóculos quedarían retenidos en el lecho filtrante. El agua filtrada contiene todavía compuestos orgánicos e inorgánicos en disolución que absorben luz ultravioleta. La eliminación de estos compuestos solubles no es efectiva con el método físico. La manera más efectiva de mejorar la transmitancia del agua en esta situación es mediante un tratamiento químico. Aguirre (2001) estableció que la calidad del efluente de la EDAR de Mataró refleja un contenido de materia orgánica poco biodegradable procedente de los vertidos industriales. El color rosado del efluente, y que persiste tras el tratamiento terciario, es un indicio de esta materia orgánica. La Figura 5.2 muestra una imagen del efluente.

Figura 5.2 Efluente secundario de la EDAR de Mataró.

Planta de regeneración de agua de Mataró (25 de julio de 2003).

Durante la primera campaña de muestreo, del 21 de julio al 4 de agosto de 2003, el efluente de la EDAR de Mataró tenía un color rosado muy intenso. El martes 5 de agosto de 2003, al inicio de la segunda campaña, el color rosado desapareció y no volvió a aparecer hasta el viernes 22 de agosto de 2003, final de la tercera campaña. La Tabla 5.5 muestra el valor medio y la desviación típica de la transmitancia del agua filtrada durante los días que el agua tenía color rosado (del 21 de julio al 4 de agosto de 2003) y cuando éste desapareció (del 5 de agosto al 22 de agosto de 2003), debido probablemente al periodo vacacional. Como ilustra la Tabla 5.5, la transmitancia media del agua cuando tiene color rosado es del 17,3% y cuando no tiene color es del 51%, con un máximo del 76,5%. Por lo tanto, una forma de aumentar la calidad del agua sería reducir las concentraciones de materia orgánica de los efluentes industriales antes de verterlos a la red de aguas urbanas. La Figura 5.3 representa la evolución diaria de la transmitancia cuando el agua tiene color rosado y cuando carece de él.

94 Capítulo 5

Tabla 5.5 Valores medios y desviaciones típicas de la transmitancia del efluente del filtro en la campaña 1 (agua rosada) y en las campañas 2 y 3 (agua sin color). Planta de regeneración de agua de Mataró.

Transmitancia

Muestras analizadas

Transmitancia mínima, %

Transmitancia máxima, % Media,

% Desv.

típica,% Campaña 1 6 13,8 20,9 17,3 3,4

Campañas 2 y 3 24 32,5 76,5 51,0 9,4 La Figura 5.3 muestra que los valores más bajos de la transmitancia se dan cuando el agua tiene un color rosado. Durante la semana que el agua tuvo este color no se registraron variaciones diarias importantes. No obstante, el valor más alto se produjo el lunes, con una tendencia a empeorar el miércoles y el viernes. En cambio, la variación diaria es importante cuando el agua no tiene color, siendo el miércoles el día que tiene un valor más alto y el martes el que tiene un valor más bajo. Los valores del lunes tienen una desviación importante ya que la calidad del agua depende de si la planta de regeneración ha funcionado durante el fin de semana y de si se ha realizado la limpieza del filtro.

Campaña 1, agua con color rosado

ViernesJuevesMiercolesMartesLunes

Tran

smita

ncia

, %

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Campañas 2 y 3, agua sin color

ViernesJuevesMierco lesMartesLunes

Tran

smita

ncia

, %

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Figura 5.3 Variación diaria de la transmitancia del efluente del filtro de la planta de

regeneración de Mataró y separando los días que el agua tenía color rosado, del 21 de julio al 4 de agosto de 2003, de los que no, del 5 de agosto al 22 de agosto de 2003.

El análisis de los párrafos anteriores permite concluir que cuando el agua tiene color rosado el efluente del filtro tiene valores muy bajos de transmitancia, haciendo que los miércoles y los viernes no sean apropiados para explotar la planta. Sin embargo, durante los fines de semana, el agua tiene menos color e incluso carece de color y en general la calidad del efluente es mejor que durante los otros días de la semana. Debido a esto, Aguirre (2001) recomendó explotar la planta sólo los fines de semana si ello era suficiente y en caso que no lo fuese, optar también por los lunes y los viernes. Parámetros Microbiológicos La capacidad del tratamiento físico-químico y la filtración para inactivar bacterias y virus se ha valorado por medio de gráficas de distribución de probabilidad. Los resultados obtenidos han permitido valorar el grado de fiabilidad de los datos y si estos pueden agruparse en variables independientes.


Los efluentes analizados han sido: 1) el efluente secundario de la EDAR de Mataró, 2) el efluente del decantador y 3) el efluente del filtro. Efluente secundario La Figura 5.4 muestra las distribuciones de coliformes totales y Escherichia coli en el efluente de la EDAR a distintas horas de la mañana.

Coliformes totales

% igual o inferior a un valor dado

0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

10:30 h12:00 h13:30 h

Escherichia coli


0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

10:30 h12:00 h13:30 h

Figura 5.4 Distribuciones de probabilidad de coliformes totales y

Escherichia coli en el efluente de la EDAR de Mataró (Julio de 2003).

Las distribuciones de Escherichia coli son más verticales que las de coliformes totales, lo que indica una dispersión de los resultados más importante en la E.coli que en los coliformes totales. No obstante, al ser las funciones para cada caso parecidas, la variación horaria no es significativa, sobretodo en la E.coli. Para los coliformes totales, la pendiente de las 12:00h y 13:30h es ligeramente menor que la de las 10:30h y por

96 Capítulo 5

este motivo, las muestras recogidas a las 10:30h tienen mayor variabilidad, aunque su concentración es menor. La Figura 5.5 contiene las funciones de distribución de las concentraciones del indicador vírico (fagos F+-ARN) a distintas horas de la mañana. Las tres rectas tienen una pendiente parecida y son bastante verticales. La variabilidad de los fagos en el efluente de la EDAR es importante ya que su concentración oscila entre 4,8 ulog/100ml y 5,6 ulog/100ml. Las muestras de las 12:00h tienen una concentración menor que las muestras de las 10:30h y 13:30h.

Bacteriófagos F+-ARN


0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

10:30 h12:00 h13:30 h

Figura 5.5 Distribuciones de probabilidad del fago F+-ARN en las

muestras del efluente secundario. Planta de regeneración de agua de Mataró (Julio de 2003).

Una vez analizada la variabilidad de los parámetros microbiológicos del efluente de la EDAR, se han comparado las concentraciones de los distintos indicadores. Para ello, las concentraciones de coliformes totales, Escherichia coli y fagos F+-ARN se agruparon de tal manera que las muestras de las 10:30h, 12:00h y 13:30h formaron una sola variable. La Tabla 5.6 muestra los parámetros de las distribuciones log-normal utilizados para comparar las concentraciones de los indicadores. Los valores del factor de regresión y de la Z de Kolmogorov-Smirnov de la Tabla 5.6 evidencian que las concentraciones de los indicadores del efluente secundario se ajustan a una distribución log-normal. De los tres indicadores, los coliformes totales son los que peor se ajustan a esta distribución teórica. La Figura 5.6 muestra las distribuciones de probabilidad de los indicadores de contaminación fecal. Como se aprecia en la Figura 5.6, las pendientes de las distribuciones de probabilidad son bajas, lo que indica que la dispersión de los datos es pequeña. Además, el fago y la Escherichia coli tienen una variabilidad parecida. La


concentración del indicador vírico es 2 ulog/100ml menor que la concentración de los coliformes totales.

Tabla 5.6 Parámetros de las distribuciones log-normal utilizados para estudiar la concentración de indicadores de contaminación fecal en el efluente de la EDAR de Mataró (Julio 2003).

Indicadores de contaminación fecal Parámetros estimados Coliformes totales Escherichia coli Fagos F+-ARN

Mediaa, ulog/100ml 6,85 6,33 5,19 Desv. típica, ulog/100ml 0,12 0,26 0,28 Media geométricab 7,08E+06 2,14E+06 1,55E+05 Factor de regresión, R2 0,7247 0,9662 0,9279 Z Kolmogorov-Smirnov 0,556 0,594 0,851 Número de muestras, n 15 15 15

25% 6,78 6,09 4,90 50% 6,85 6,33 5,19 Percentil,

ulog/100ml 75% 6,93 6,59 5,44 a Media del log C, donde C es la concentración de microorganismos en ufc/100 ml o ufp/100 ml b Media geométrica (mg), se define como mg = 10µ. Las unidades son ufc/100 ml para las

bacterias y ufp/100 para el fago.


0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

Coliformes totalesEscherichia coliBacteriófagos F+-ARN

Figura 5.6 Distribuciones de probabilidad de los indicadores de

contaminación fecal en el efluente de la EDAR de Mataró (Julio de 2003).

Efluente del tratamiento físico-químico Las distribuciones de probabilidad de los coliformes totales a la salida del decantador a diferentes horas de la mañana se muestran en la Figura 5.7. La dispersión de los resultados de coliformes totales en el efluente del decantador es importante. La Figura 5.7 muestra que las tres rectas son bastante verticales y tienen la misma pendiente, por lo que las concentraciones no varían de una hora a otra de la mañana pero sí lo hacen en una misma hora.

98 Capítulo 5

Coliformes totales


0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

10:30 h12:00 h13:30 h

Figura 5.7 Distribuciones de probabilidad de coliformes totales a la

salida del decantador lamelar. Planta de regeneración de agua de Mataró (Julio 2003).

Las Figuras 5.8 y 5.9 representan las distribuciones de probabilidad de la Escherichia coli y de los bacteriófagos F+-ARN en el efluente del decantador. Puede observarse que la variabilidad en las concentraciones de E.coli y fagos es importante porque las rectas tienen una fuerte pendiente. También se aprecia que la dispersión del indicador bacteriano es menor que la del vírico, sobretodo en las muestras de las 13:30h. Las concentraciones de fagos a las 10:30h, 12:00h y 13:30h son parecidas e indican que no hay variación horaria.

Escherichia coli


0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

10:30 h12:00 h13:30 h

Figura 5.8 Distribuciones de probabilidad de Escherichia coli

en el efluente del decantador lamelar. Planta de regeneración de agua de Mataró (Julio de 2003).




0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

10:30 h12:00 h13:30 h

Figura 5.9 Distribuciones de probabilidad de fagos F+-ARN

en el efluente del decantador lamelar. Planta de regeneración de agua de Mataró (Julio de 2003).

Una vez analizada la variabilidad en las concentraciones de bacterias y virus después del tratamiento físico-químico, los datos se agruparon de tal manera que las muestras de las 10:30h, 12:00h y 13:30h formaron una única variable. Se obtuvieron así tres variables aleatorias independientes, una para cada indicador. La Tabla 5.7 resume los parámetros utilizados en el estudio de las concentraciones de indicadores. Como mayor es la Z de Kolmogorov-Smirnov y más próximo a 1 el factor de regresión, mejor se ajustan los datos a una distribución log-normal. La Tabla 5.7 muestra que la media de coliformes totales es de 6,10 ulog/100ml, mientras que la de fagos F+-ARN es de 4,55 ulog/100ml; la diferencia es superior a 1 ulog. En cambio, los indicadores bacterianos tienen unas medias y unas desviaciones similares.

Tabla 5.7 Parámetros estimados para las distribuciones log-normal de las concentraciones de indicadores de contaminación fecal en el efluente del físico-químico. Planta de regeneración de agua de Mataró (Julio de 2003).



25% 5,89 5,48 4,16 50% 6,20 5,94 4,79 Percentil,

ulog/100ml 75% 6,31 6,04 4,96 a Media del log C, donde C es la concentración de microorganismos en ufc/100ml para las bacterias y ufp/100ml para el virus. b Media geométrica (mg), se define como mg = 10µ y sus unidades son ufc/100ml para los indicadores bacterianos y ufp/100ml para el vírico.

100 Capítulo 5

La Figura 5.10 representa las distribuciones de probabilidad de los indicadores de contaminación fecal en el efluente del decantador. Como puede apreciarse en la Figura 5.10, la dispersión de los datos es importante ya que las rectas tienen bastante pendiente. La concentración de fagos a la salida del decantador es menor que la concentración de indicadores bacterianos.

Indicadores de contaminación fecal


0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5



contaminación fecal en el efluente del decantador. Planta de regeneración de agua de Mataró (Julio de 2003).

Efluente del filtro La Figura 5.11 ilustra las distribuciones de los indicadores bacterianos en las muestras del efluente del filtro. Como refleja la Figura 5.11, las concentraciones de indicadores bacterianos en el efluente del filtro varían en un rango importante de valores dentro de una misma hora. Además, también puede observarse que las muestras recogidas a las 13:30 tienen mayor dispersión en sus resultados y por este motivo, un dato de las 13:30h se ha eliminado para obtener mejor ajuste y disminuir la variabilidad. Una vez hecha esta corrección, las concentraciones de E.coli y coliformes totales a diferentes horas de la mañana se agruparon en dos variables independientes. Asimismo, puede observarse que las distribuciones de probabilidad de ambos indicadores se cortan en un mismo punto. Esto indica que el 60% de las muestras tomadas a las 10:30h, a las 12:00h o a las 13:30h son representativas de la concentración de coliformes a cualquier hora de la mañana.


Coliformes totales


0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

10:30 h12:00 h13:30 h

Escherichia coli


0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

10:30 h12:00 h13:30 h

Figura 5.11 Distribuciones de probabilidad de los coliformes totales

y la Escherichia coli en el efluente del filtro. Planta de regeneración de agua de Mataró (Julio de 2003).

La Figura 5.12 muestra las distribuciones de probabilidad del indicador vírico (bacteriófagos F+-ARN) a distintas horas de la mañana. Como se aprecia en la Figura 5.12, los datos tienen una dispersión relativa similar, aunque la de las 10:30h y 13:30h es un poco mayor. Estos datos también se agruparon en una única variable porque, aún siendo la dispersión importante, no hay variación horaria. En este caso no se ha desechado ningún resultado.

102 Capítulo 5



0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

10:30 h12:00 h13:30 h

Figura 5.12 Distribuciones de probabilidad de los fagos F+-ARN en las muestras del

efluente del filtro recogidas a las 10:30h, 12:00h y 13:30h (Julio 2003). Una vez obtenidas las tres variables independientes, los indicadores se compararon entre sí. La Tabla 5.8 muestra diversos parámetros de las distribuciones log-normal. Como puede apreciarse en la Tabla 5.8, la media de coliformes totales en el efluente del filtro es de 6,14 ulog/100ml; mientras que la de fagos F+-ARN es de 4,53 ulog/100ml, con una diferencia superior a 1,5 ulog. Las distribuciones de las tres variables se aproximan bastante bien a una log-normal, ya que la prueba de Kolmogorov-Smirnov proporciona unos resultados próximos a uno. La Figura 5.13 representa las distribuciones de probabilidad de los indicadores de contaminación fecal en el efluente del filtro. Los parámetros utilizados para obtener estas funciones son los de la Tabla 5.8.

Tabla 5.8 Parámetros de las distribuciones log-normal estimados para analizar la concentración de indicadores de contaminación fecal en el efluente del filtro. Planta de regeneración de agua de Mataró (Julio de 2003).



25 % 6,00 5,62 4,39 50 % 6,15 5,91 4,57 Percentil,

ulog/100ml 75 % 6,25 5,98 4,84 a Media del log C, donde C es la concentración de microorganismos en ufc/100ml para las bacterias y ufp/100ml para el virus. b Media geométrica (mg), se define como mg = 10µ y sus unidades son ufc/100ml para los indicadores bacterianos y ufp/100ml para el vírico.

La Figura 5.13 muestra que la concentración de fagos es 2 ulog/100ml inferior a la concentración de coliformes totales y que la variabilidad de los resultados es alta ya que las rectas son bastante tendidas. Además, las funciones de distribución de las bacterias


son muy próximas y paralelas entre sí, lo que indica una respuesta muy similar de ambos indicadores frente a la filtración.


0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5



contaminación fecal en el efluente del filtro. Planta de regeneración de agua de la EDAR de Mataró (Julio de 2003).

Evolución diaria de los indicadores de contaminación fecal A continuación se ha estudiado la variación diaria de la concentración de indicadores de contaminación fecal en los siguientes efluentes de la planta de regeneración: 1) efluente secundario de la EDAR de Mataró, 2) efluente del decantador y 3) efluente del filtro. Las Figuras 5.14 y 5.15 muestran la media y la desviación típica de las concentraciones de coliformes totales, Escherichia coli y bacteriófagos F+-ARN en el efluente secundario de la EDAR de Mataró.

Coliformes totales


Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

7,2

7,0

6,8

6,6

6,4

6,2

6,0

Escherichia coli


Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

6,8

6,6

6,4

6,2

6,0

5,8

Figura 5.14 Evolución diaria de la concentración de coliformes totales y E.coli en el

efluente secundario de la EDAR de Mataró (Julio de 2003).

104 Capítulo 5

Bacteriófagos F+RNA


Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

5,8

5,6

5,4

5,2

5,0

4,8

4,6

Figura 5.15 Variación diaria de la concentración de fagos F+-ARN en el efluente secundario de la EDAR de Mataró (Julio de 2003).

Como puede apreciarse en las Figuras 5.14 y 5.15, la concentración de indicadores bacterianos varía notablemente durante la semana, mientras que la de fagos se mantiene prácticamente constante. El miércoles es el día de la semana con una inferior calidad microbiológica del agua, ya que tanto la E.coli como los fagos presentan un incremento importante de su concentración. La Figura 5.16 representa la evolución diaria de la concentración de coliformes totales y de Escherichia coli en el efluente del decantador y la Figura 5.17 la de bacteriófagos F+-ARN. Tal y como se aprecia en la Figura 5.16, la concentración de coliformes totales y de Escherichia coli aumenta progresivamente a medida que avanza la semana. La concentración disminuye el jueves pero vuelve a aumentar el viernes. Esta variación es la misma que la observada en la concentración de E.coli en el efluente de la EDAR. La concentración de fagos en el efluente del decantador varía de forma parecida a como lo hace la concentración de indicadores bacterianos. La Figura 5.17 muestra como la concentración aumenta progresivamente hasta llegar a su máximo el miércoles. El jueves disminuye y el viernes vuelve a aumentar, pero sin llegar a recuperar la concentración del miércoles.

Coliformes totales


Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

6,6

6,4

6,2

6,0

5,8

5,6

5,4

Escherichia coli


Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

6,4

6,2

6,0

5,8

5,6

5,4

5,2

5,0

Figura 5.16 Evolución diaria de la concentración de coliformes totales y Escherichia

coli en el efluente del decantador. Planta de regeneración de agua de Mataró (Julio de 2003).




Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

5,5

5,0

4,5

4,0

3,5

3,0

Figura 5.17 Evolución diaria de las concentraciones de los

bacteriófagos F+-ARN en el efluente del decantador de la planta de regeneración de agua de Mataró (Julio de 2003).

Los gráficos de la Figura 5.18 muestran la evolución diaria de la concentración de coliformes totales y de Escherichia coli en el efluente del filtro. Como puede apreciarse en la Figura 5.18, el miércoles hay un incremento en la concentración de coliformes totales y Escherichia coli. La evolución diaria es similar a la del efluente del decantador, de modo que la calidad microbiológica del agua al final de la semana disminuye respecto el lunes.

Coliformes totales


Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

6,8

6,6

6,4

6,2

6,0

5,8

5,6

5,4

5,2

Escherichia coli


Con

cent

raci

ón, u

log/

100

ml

6,4

6,2

6,0

5,8

5,6

5,4

5,2

5,0

4,8

Figura 5.18 Variación diaria de la concentración de los coliformes totales y la

Escherichia coli en el efluente del filtro de la planta de regeneración de agua de la EDAR de Mataró (Julio de 2003).

La Figura 5.19 muestra la evolución diaria de la concentración de bacteriófagos F+-ARN en el efluente del filtro. La concentración de fagos en el efluente del filtro disminuye a medida que avanza la semana. Una comparación de las Figuras 5.18 y 5.19 permite concluir que el efluente del lunes es el que tiene la mejor calidad microbiológica y el del miércoles la peor.

106 Capítulo 5



Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

5,5

5,0

4,5

4,0

3,5

Figura 5.19 Evolución diaria de la concentración de bacteriófagos F+-

ARN en el efluente del filtro de la planta de regeneración de agua de la EDAR de Mataró (Julio de 2003).

El análisis de la evolución diaria de las concentraciones de los indicadores de contaminación fecal permite concluir que la calidad microbiológica del agua disminuye a medida que avanza la semana. El miércoles es el peor día de la semana para explotar la planta, mientras que el lunes y el martes son los mejores días para hacerlo. Tratamiento Físico-Químico y Filtración La Tabla 5.9 muestra la inactivación alcanzada por los microorganismos con el tratamiento físico-químico y la filtración. El grado de inactivación se ha calculado respecto a la concentración de microorganismos de la etapa de tratamiento anterior.

Tabla 5.9 Resumen de la inactivación media alcanzada con el tratamiento físico-químico y la filtración por los microorganismos indicadores.

Etapas de tratamiento CT,

ulog/100ml E.Coli,

ulog/100ml Fagos F+-ARN,

ulog/100ml Efluente secundario 6,85 6,33 5,19

Grado de inactivación Físico-químico - 0,75 - 0,58 - 0,64

Filtración + 0,04 + 0,08 - 0,02 Total físico-químico y filtración -0,71 - 0,50 - 0,66

CT = coliformes totales, E.Coli = Escherichia coli, (-) reducción de microorganismos, (+) aumento de microorganismos.

Como refleja la Tabla 5.9, el tratamiento físico-químico es el que logra mayor grado de inactivación bacteriana y vírica. Los coliformes totales se reducen un valor medio de 0,75 ulog/100ml, la Escherichia coli 0,58 ulog/100ml y los bacteriófagos F+-ARN 0,64 ulog/100ml. En cambio, la filtración resulta en un ligero aumento de las concentraciones de los indicadores bacterianos y reduce la concentración de fagos en tan sólo 0,02 ulog/100ml. La Figura 5.20 ilustra las funciones de distribución de coliformes totales y de Escherichia coli en los efluentes de la EDAR, del tratamiento físico-químico y de la filtración a lo largo de una semana.


Coliformes totales


0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

Efluente secundarioEfluente del físico-químicoEfluente del filtro

Escherichia coli


0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5


Figura 5.20 Distribuciones de probabilidad de los coliformes

totales y la Escherichia coli. Planta de regeneración de agua de Mataró (Julio de 2003).

Las concentraciones de coliformes totales y Escherichia coli a la entrada y la salida del filtro permanecen constantes, mientras que se registra una eliminación importante de bacterias en las etapas de coagulación-floculación y decantación, al ser retenidas por los flóculos. A ello contribuye el hecho de que los microorganismos tengan carga superficial negativa y queden unidos electrostáticamente a partículas cargadas positivamente que luego decantan. En definitiva, la eliminación de los microorganismos en las etapas de coagulación-floculación y decantación se produce por el efecto de fuerzas electrostáticas. La Figura 5.21 muestra las funciones de distribución de los bacteriófagos F+-ARN en los efluentes de la EDAR, del físico-químico y del filtro. La Figura 5.21 muestra que la

108 Capítulo 5

evolución de las rectas del físico-químico y del filtro es parecida. El filtro no es capaz de inactivar los fagos del efluente del decantador e incluso, para valores pequeños de percentil, aumenta la concentración en el efluente. La inactivación de fagos en la coagulación-floculación y decantación es mayor que en la filtración. Con ambos tratamientos sucesivos se consigue reducir 0,66 ulog/100ml de fagos F+-ARN frente a 0,71 ulog/100 ml de coliformes totales.



0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0


Figura 5.21 Distribuciones de probabilidad de bacteriófagos F+-ARN

en el efluente de la EDAR y en las etapas del tratamiento físico-químico y la filtración (Julio de 2003).

Los procesos de coagulación-floculación y decantación presentan mejores rendimientos que la filtración para la inactivación de los microorganismos de contaminación fecal. Dos motivos explican la baja eficacia del filtro: 1) las características de diseño del filtro y 2) la presencia de un depósito de agua clarificada antes del filtro. El filtro es a presión, por acción de una bomba de impulsión. La turbulencia del bombeo contribuye a romper los flóculos que han conseguido escapar de la decantación y a liberar los microorganismos que han quedado atrapados en ellos. Por otra parte, una parte de los flóculos que el decantador no elimina se acumulan en el fondo del depósito de agua clarificada. El depósito no tiene un sistema de purga periódica de fangos, como lo tiene el decantador lamelar, y por este motivo, si el fondo no se limpia periódicamente, los microorganismos y las bacterias se acumulan en su fondo. La turbulencia creada por l llegada del agua del decantador pone estos sedimentos en suspensión y la bomba los impulsa hacia el filtro, que no es capaz de eliminarlos. Los inconvenientes del actual diseño del filtro se evitarían en gran parte si se contara con un filtro por gravedad. Eliminando el filtro a presión y transformando el depósito de agua clarificada en un filtro por gravedad se mejoraría mucho el rendimiento de la planta. Otra opción sería transformar el filtro a presión en un filtro por gravedad.


Conclusiones El análisis de los apartados precedentes permite formular las siguientes conclusiones:

1. El tratamiento físico-químico de la planta de regeneración de Mataró tiene un rendimiento medio de eliminación de la turbiedad del 81%. En cambio, la filtración no contribuye a la disminución de la turbiedad, pero sí lo hace, y de forma muy significativa, en el aumento de la transmitancia. El valor medio de la transmitancia del efluente de la EDAR es del 5%; y después de la coagulación-floculación, decantación y filtración ésta puede aumentar hasta el 70%, cuando la calidad del efluente secundario lo permite.

2. La transmitancia del efluente de la EDAR y del tratamiento físico-químico tiene

poca variación temporal, con un rango de valores pequeño. Por el contrario, la variación de la transmitancia en el efluente del filtro es importante, con valores desde el 15% como mínimo hasta el 70% como máximo. Esto hace que, aún llegando esporádicamente a valores del 70%, la fiabilidad de la planta de regeneración de agua de Mataró respecto a la transmitancia no sea suficiente, ya que el tratamiento físico-químico y la filtración no aseguran una calidad del agua apta para la desinfección con UV.

3. El martes 5 de agosto de 2003, el color rosado que caracteriza el efluente de la

EDAR de Mataró desapareció y no volvió a aparecer hasta el viernes 22 de agosto de 2003 debido aparentemente al periodo vacacional en las industrias. Durante estas semanas, la transmitancia media del agua a la salida del filtro fue del 57% y la conductividad de 1900µS/cm. Sin embargo, el resto del año la transmitancia no supera el 20%. Esto prueba que las aportaciones de compuestos orgánicos e inorgánicos solubles al agua por parte de algunas industrias con un color rosado característico, son las responsables de la baja calidad del efluente secundario.

4. Los resultados experimentales de las concentraciones de indicadores fecales se

ajustan a una distribución log-normal. El análisis de la pendiente de las distribuciones de probabilidad ha permitido evaluar la fiabilidad temporal de los procesos de regeneración.

5. El tratamiento físico-químico presenta mejores rendimientos que la filtración

para la inactivación de microorganismos. Los coliformes totales se reducen 0,75 ulog/100ml, la Escherichia coli 0,58 ulog/100ml y los bacteriófagos F+-ARN 0,64 ulog/100ml. En cambio, la filtración no es capaz de reducir la concentración de microorganismos en el agua decantada, llegando incluso a aumentarla ligeramente.

6. El decantador no consigue eliminar todos los flóculos y parte de estos se

acumulan en el fondo del depósito de agua decantada. El depósito no tiene un sistema de purga periódica de fangos como el del decantador lamelar y por este motivo, los flóculos se acumulan en su interior. La bomba impulsa el agua con los microorganismos hacia el filtro, que no es capaz de eliminarlos.

110 Capítulo 5

7. El filtro de la planta de regeneración tiene una eficacia prácticamente nula respecto a la inactivación de bacterias y virus. Esto se debe a las características de diseño del filtro y a la forma de explotación del depósito de agua decantada.

8. El bombeo hacia el filtro contribuye a romper los flóculos que consiguen

escapar de la decantación, liberando los microorganismos que habían quedado retenidos en los flóculos.

DESINFECCIÓN CON LUZ UV E HIPOCLORITO El objetivo principal de esta parte de la tesina es estudiar la eficacia de la luz ultravioleta como tecnología adecuada para la regeneración del agua. Para ello se han evaluado algunos parámetros de control físico-químico y microbiológico, haciendo hincapié en la eficacia del proceso de inactivación microbiológica. Otro objetivo es estudiar el fenómeno de la fotoreactivación. Los apartados que se desarrollan a continuación muestran los datos obtenidos en los análisis de la segunda y la cuarta campaña de muestreo. El proceso seguido en la interpretación de estos datos parte de una descripción del efluente del filtro y después se procede a un análisis gráfico y estadístico. Efluente del Filtro La Tabla 5.10 presenta los valores medios y las desviaciones típicas de los parámetros físico-químicos y microbiológicos del agua residual después de pasar por el filtro de arena. Como se aprecia en la Tabla 5.10, la transmitancia media del agua a la salida del proceso de filtración es del 57% y la conductividad es de 1910 µS/cm. Por tanto, la transmitancia del agua durante la segunda campaña es suficientemente alta como para asegurar la eficacia de la desinfección con luz UV respecto a este parámetro. No obstante, el agua aún contiene compuestos orgánicos e inorgánicos en disolución que absorben luz ultravioleta. La eliminación de estos compuestos solubles en el agua no es efectiva con el método físico utilizado.

Tabla 5.10 Valores medios y desviaciones típicas de los parámetros físico-químicos y microbiológicos del efluente del filtro. Planta de regeneración de agua de Mataró.

Transmitancia%

Conductividad,µS/cm

Coliformes totales,

ulog/100ml

Escherichiacoli,

ulog/100ml

Fagos F+-ARN,

ulog/100mMedia Des.típica

57 12

1910 69

5,44 0,44

5,04 0,53

4,19 0,51

La Tabla 5.11 muestra diversos parámetros característicos de las distribuciones de la concentración de indicadores fecales en el efluente del filtro. La Figura 5.22 representa gráficamente estas funciones de probabilidad. Como refleja la Figura 5.22, la concentración del indicador vírico en el efluente del filtro es menor que la concentración de los indicadores bacterianos. Las pendientes de las rectas indican que la dispersión de los resultados es importante e igual para los tres indicadores. Así lo refleja la desviación típica, cercana a 0,50 ulog/100ml para los tres indicadores. Lo que evidencia la escasa fiabilidad del proceso de filtración.


Tabla 5.11 Parámetros estimados de las distribuciones log-normal de las concentraciones de indicadores de contaminación fecal en el efluente del filtro.


Media, ulog/100ml 5,44 5,04 4,19 Desv. típica, ulog/100ml 0,44 0,53 0,51 Media geométrica 2,75E+05 1,10E+05 1,55E+04 Factor de regresión, R2 0,8378 0,8453 0,9009 Z Kolmogorov-Smirnov 0,814 0,783 0,669 Número de muestras, n 15 15 15

25 % 5,34 4,91 3,70 50 % 5,52 5,15 4,31 Percentil,

ulog/100ml 75 % 5,76 5,36 4,61

Indicadores de contaminación fecal


0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0


Figura 5.22 Funciones de distribución acumulada de las concentraciones de

indicadores de contaminación fecal en el efluente del filtro. Planta de regeneración de agua de Mataró (Agosto de 2003).

Eficacia de la Desinfección con Luz UV La eficacia del proceso de desinfección es función de la dosis de luz UV aplicada al agua. A medida que los valores de la dosis aumentan, las concentraciones residuales de microorganismos en el agua se hacen más pequeñas. La inactivación microbiana con luz UV se ha estudiado desinfectando el efluente del filtro con 1 equipo de luz UV Berson “In Line 20” y con 2 equipos de luz UV Berson “In Line 20” colocados en serie. La Tabla 5.12 muestra los parámetros de las distribuciones log-normal de las concentraciones de coliformes totales en los efluentes de la desinfección con luz UV y en el efluente del filtro. La Figura 5.23 representa los resultados del análisis estadístico de las concentraciones de coliformes totales. Como puede apreciarse en la Figura 5.23, la inactivación de coliformes totales es mayor cuando el agua se desinfecta con 2 equipos de luz UV que con 1 solo equipo. Sin embargo, la pendiente de las rectas muestra que la dispersión es mayor en el primer caso que en el segundo y por este motivo, aunque la utilización de 2

112 Capítulo 5

equipos de luz UV en serie en vez de 1 llega a inactivar totalmente los coliformes totales, la fiabilidad de la desinfección con luz UV es insuficiente.

Tabla 5.12 Parámetros estimados de las distribuciones log-normal de las concentraciones de

coliformes totales en el efluente del filtro y en los efluentes de la desinfección con UV. Planta de regeneración de agua de Mataró (Agosto de 2003).

Indicadores de contaminación fecal Parámetros estimados Efluente filtro Desinfección 1UV Desinfección 2UV


25 % 5,34 3,43 2,11 50 % 5,52 4,23 2,40 Percentil,

ulog/100ml 75 % 5,76 4,45 2,77

Coliformes totales


0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

0

1

2

3

4

5

6

7

Efluente del filtroEfluente desinfectado con 1UVEfluente desinfectado con 2UV

Figura 5.23 Distribuciones de probabilidad de los coliformes totales en

los efluentes del filtro y de la desinfección con luz UV. Planta de regeneración de agua de Mataró (Agosto de 2003).

Las concentraciones de coliformes totales a la entrada del reactor de luz UV se mantienen entre 2,00E+04 como valor mínimo y 9,70E+05 ufc/100ml como valor máximo, siendo su valor medio de 2,75E+05 ufc/100ml. Las concentraciones de coliformes totales en el agua desinfectada con 1 equipo de UV oscilan entre 1,10E+03 ufc/100ml y 1,40E+05 ufc/100ml, siendo su valor medio de 1,15E+04 ufc/100ml. La reducción logarítmica alcanzada en este caso es de 1,38 ulog/100ml. Las concentraciones de coliformes totales en el agua desinfectada con 2 equipos en serie oscila entre 0,00 ufc/100ml y 4,07E+03 ufc/100ml. La reducción logarítmica alcanzada es de 3,23 ulog/100ml. La Tabla 5.13 resume los parámetros estadísticos de las distribuciones de Escherichia coli en los efluentes desinfectados con luz UV y el efluente del filtro. La concentración de Escherichia coli a la entrada del reactor de luz UV tiene una media de 1,10E+05


ufc/100ml. La reducción después de la desinfección con 1 lámpara de UV es de 1,45 ulog/100ml y con 2 lámparas de 3,21 ulog/100ml. Para este último caso, las concentraciones oscilan entre 0,00 ufc/100ml y 4,68E+03 ufc/100ml. Los indicadores bacterianos del efluente del filtro sólo se inactivan totalmente con dosis de luz UV suficientemente altas. Aun así, la eficacia del proceso no es del 100%.

Tabla 5.13 Parámetros estimados de las distribuciones log-normal de concentraciones de Escherichia coli en el efluente del filtro y en los efluentes de la desinfección con UV de la planta de regeneración de agua de Mataró (Agosto de 2003).



25 % 4,91 2,93 1,47 50 % 5,15 3,74 1,70 Percentil,

ulog/100ml 75 % 5,36 3,96 2,40 La Figura 5.24 representa gráficamente dichas distribuciones de probabilidad. La Figura 5.24 muestra una dispersión importante de los resultados de E.coli en los efluentes desinfectados con luz UV, como indica la pendiente de las funciones de probabilidad y su desviación típica. También puede observarse que la desinfección con 2 lámparas de luz UV colocadas en serie elimina como mínimo 1 ulog/100ml de bacterias E.coli adicional a lo obtenido con 1 sola lámpara, aunque no consigue aumentar la fiabilidad de la desinfección.

Escherichia coli


0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

0

1

2

3

4

5

6

7


Figura 5.24 Distribuciones de probabilidad de Escherichia coli en el

efluente del filtro y en los efluentes desinfectados con UV. Planta de regeneración de agua de Mataró (Agosto de 2003).

La Tabla 5.14 resume los parámetros de las distribuciones de bacteriófagos F+-ARN en el efluente del filtro y tras la desinfección con luz UV. Las concentraciones de bacteriófagos F+-ARN a la entrada de la desinfección oscilan entre 1,51E+03

114 Capítulo 5

ufp/100ml y 5,90E+04 ufp/100ml, siendo su valor medio de 1,55E+04 ufp/100ml. La concentración media del indicador vírico en el agua desinfectada es de 6,31E+02 ufp/100ml cuando se utiliza 1 equipo de luz UV y de 6,46E+02 ufp/100ml para el efluente desinfectado con 2 equipos de luz UV colocados en serie. Las reducciones logarítmicas son de 1,11 y 1,38 ulog/100ml respectivamente.

Tabla 5.14 Parámetros estimados de las distribuciones de fagos F+-ARN en el efluente del

filtro y en los efluentes de la desinfección con UV. Planta de regeneración de agua de Mataró (Agosto de 2003).



25 % 3,70 2,73 2,75 50 % 4,31 3,10 2,92 Percentil,

ulog/100ml 75 % 4,61 3,49 3,10 La Figura 5.25 ilustra las funciones de distribución acumulada de las concentraciones del indicador vírico en el efluente del filtro y de la desinfección con luz ultravioleta. Como se aprecia en la Figura 5.25, la línea de desinfección con luz UV no consigue concentraciones de fagos próximas al nivel de no detección. Los 2 equipos Berson “In Line 20” funcionando en serie inactivan prácticamente igual número de fagos que 1 solo equipo sin que las diferencias sean significativas.



0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

0

2

4

6


Figura 5.25 Distribuciones de probabilidad de los fagos F+-ARN en el efluente

del filtro y en los efluentes desinfectados con ultravioleta. Planta de regeneración de agua de Mataró (Agosto de 2003).

La variable que más influencia tiene en la desinfección con luz UV es la dosis aplicada. Así lo demuestran numerosos estudios llevados a cabo en equipos de baja y de media


presión. La dosis aplicada se calcula a partir del caudal circulante y de la transmitancia del agua. Su dependencia con la transmitancia del agua se debe a la presencia de sustancias orgánicas e inorgánicas en suspensión que absorben radiación a 254nm, con la consecuente reducción de la dosis efectiva. La Figura 5.26 muestra el grado de inactivación vírica y bacteriana alcanzado en el agua residual de Mataró en función de la dosis de luz UV. La Tabla 3.13, suministrada por Berson, permitió estimar el valor de la dosis efectiva en función del caudal de trabajo y de la transmitancia.

Desinfección con luz UV

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

0 100 200 300 400 500Dosis, mW·s/cm2

Inac

tivac

ión,

ulo

g/10

0ml

Coliformes totales Escherichia coli Bacteriófagos F+-ARN

Figura 5.26 Reducción logarítmica de los microorganismos indicadores en función de la dosis teórica (Caudal de trabajo de 0,71 m3/h). Planta de regeneración de agua de Mataró (Agosto de 2003).

La Figura 5.26 muestra que la inactivación microbiana es relativamente estable para dosis de luz UV entre 200 y 400 mWs/cm2. Este resultado muestra claramente que, aún siendo la transmitancia un factor importante para calcular la dosis, no es suficiente para explicar las diferencias observadas. Se observa la ausencia de una dependencia clara entre la inactivación microbiana y la dosis de luz UV. Existen por lo tanto otros factores que deberán ser estudiados con mayor profundidad para poder evaluar la efectividad de la desinfección con luz UV, mediante su inclusión en el cálculo de la dosis aplicada. Las Tablas 5.15 y 5.16 muestran respectivamente las concentraciones de microorganismos en el afluente y en el efluente del proceso de desinfección con 1 equipo Berson “In Line 20” y con 2 equipos Berson “In Line 20” colocados en serie. Ambas tablas muestran que la luz UV no consigue inactivar completamente los indicadores fecales del agua regenerada. También puede apreciarse que las dosis de luz UV aplicadas por los 2 equipos trabajando en serie inactivan más indicadores bacterianos que 1 solo equipo, en algunos casos casi el doble. En cambio, esto no ocurre para el indicador vírico, ya que el grado de inactivación no cambia cuando se pasa de utilizar un equipo a utilizar dos.

116 Capítulo 5

Tabla 5.15 Concentraciones y grado de inactivación de microorganismos indicadores a la entrada y a la salida de la desinfección con 1 equipo de UV. Planta de regeneración de agua de Mataró (Agosto de 2003).

Entrada, ulog/100ml

Desinfección con 1 equipo Berson “In

Line 20”, ulog/100ml

Grado de inactivación, ulog/100ml

Transmitancia, %

Dosis, mW·s/cm2

CT EC Fagos CT EC Fagos CT EC Fagos 44-50 180 5,56 5,14 4,10 4,30 3,86 3,14 1,26 1,28 0,96 52-58 200 4,89 4,37 3,94 3,21 2,63 2,28 1,68 1,74 1,66 68-74 300 5,99 5,69 4,18 4,70 4,56 3,11 1,29 1,13 1,07 74-80 400 5,55 5,46 4,30 4,25 3,73 3,06 1,3 1,73 1,24

CT = coliformes totales, EC = Escherichia coli, Fagos = Bacteriófagos F+-ARN

Tabla 5.16 Concentraciones y grado de inactivación de microorganismos indicadores del agua a la entrada y a la salida de la desinfección con 2 equipos de luz UV. Planta de regeneración de agua de Mataró (Agosto de 2003).

Entrada, ulog/100ml

Desinfección con 2 equipos Berson “In

Line 20”, ulog/100ml

Grado de inactivación, ulog/100ml Transmitancia,

% Dosis,

mW·s/cm2

CT EC Fagos CT EC Fagos CT EC Fagos 44-50 180 5,56 5,14 4,10 2,55 1,90 3,02 3,01 3,24 1,08 52-58 200 4,89 4,37 3,94 2,00 1,51 1,85 2,89 2,86 2,09 68-74 300 5,99 5,69 4,18 3,61 3,11 3,54 2,38 2,58 0,64 74-80 400 5,55 5,46 4,30 2,68 2,09 2,95 2,87 3,37 1,35

CT = coliformes totales, EC = Escherichia coli, Fagos = Bacteriófagos F+-ARN Estos resultados plantean diversos interrogantes sobre la fiabilidad del proceso de desinfección con luz ultravioleta. La dosis de luz ultravioleta aplicada en este caso no asegura la desinfección microbiológica, revelando que la eficacia del proceso depende de diversos factores y no solamente de la transmitancia. Para mejorar la calidad del agua desinfectada con luz UV, en la planta de regeneración de Mataró se le añadió una dosis de hipoclorito de 2,80 mg Cl2/l. El tiempo de contacto fue de 60 minutos, pasado el cual la concentración media de cloro residual fue de 0,2 mg Cl2/l. La Tabla 5.17 resume el grado de inactivación microbiana alcanzado por el efluente desinfectado con UV y UV e hipoclorito. La inactivación de indicadores bacterianos aumenta ligeramente cuando al efluente desinfectado con UV se le añaden 2,8 mg Cl2/l. En cambio, el indicador vírico (fagos F+-ARN) registra una reducción superior a 1 ulog/100ml. Una valoración general del proceso de desinfección con UV e hipoclorito indica que la Escherichia coli es la que alcanza el mayor grado de inactivación y los fagos el menor. Las Figuras 5.27 y 5.28 muestran la evolución de las concentraciones de los indicadores fecales en los efluentes desinfectados con UV y con UV e hipoclorito. Las distribuciones de probabilidad de los indicadores bacterianos en los efluentes desinfectados con UV y con UV e hipoclorito evidencian que la dosis de cloro añadida a la línea de desinfección con UV no consigue inactivar completamente los coliformes presentes en el agua. Sin embargo, garantiza la efectividad de la desinfección en cuanto a la inactivación de Escherichia coli, tal y como demuestra la distribución de probabilidad ya que la diferencia es de 1 ulog/100ml. Por otro lado, la alta dispersión de


los resultados de bacteriófagos F+-ARN refleja la baja fiabilidad de la desinfección de estos microorganismos con UV e hipoclorito, aunque el grado de inactivación que se alcanza es mayor que el obtenido cuando se desinfecta únicamente con luz UV.

Tabla 5.17 Concentración y grado de inactivación del efluente del filtro cuando se desinfecta con UV y con UV e hipoclorito. Planta de regeneración de agua de Mataró (Agosto de 2003).

Desinfección con UV

2 unidades Desinfección con UV e

hipocloritoa Indicador Afluente,

ulog/100ml Concentración, ulog/100ml

Inactivación, ulog/100ml

Concentración, ulog/100ml

Inactivación, ulog/100ml

Coliformes totales

Media = 5,44 n = 15

Media = 2,39 n = 14 3,05 Media = 2,20

n = 12 3,24

Escherichia coli

Media = 5,04 n = 15

Media = 1,83 n = 15 3,21 Media = 1,09

n = 14 3,95

Fagos F+-ARN

Media = 4,19 n = 15

Media = 2,81 n = 12 1,38 Media = 1,34

n = 13 2,85

n = número de muestras analizadas. Para cada muestra se realizaron dos réplicas a) dosis de 2,8 mg Cl2/l y tiempo de contacto de 60 minutos.

Coliformes totales


0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

0

1

2

3

4

5

6

7

Efluente del filtroEfluente desinfectado con UVEfluente desinfectado con UV+hipoclorito

Figura 5.27 Evolución de las concentraciones de coliformes totales en los

efluentes desinfectados con luz UV y luz UV e hipoclorito. Planta de regeneración de agua de Mataró (Agosto de 2003).

118 Capítulo 5

Escherichia coli


0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

0

1

2

3

4

5

6

7

Efluente del filtroEfluente desinfectado con UVEfluente desinfectado con UV+hipoclorito



0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

0

2

4

6Efluente del filtroEfluente desinfectado con UVEfluente desinfectado con UV+hipoclorito

Figura 5.28 Evolución de la E.coli y los bacteriófagos F+-ARN en los

efluentes de los distintos procesos de tratamiento y desinfección del agua regenerada de la planta de Mataró (Agosto de 2003).

La eficacia de la desinfección con luz UV para la inactivación microbiana depende en gran medida de las características del afluente. Tradicionalmente se ha considerado que dicha dependencia puede caracterizarse mediante la medida de la transmitancia. No obstante, los resultados obtenidos en los apartados precedentes muestran que aún


siendo éste un factor importante, hay otros factores que deben ser estudiados para esclarecer la efectividad y fiabilidad del tratamiento. Entre estos cabría destacar el comportamiento hidráulico del reactor de luz UV y el fenómeno de la fotoreactivación. El número de lámparas de luz UV colocadas perpendicularmente al flujo de agua aumenta la probabilidad de recibir la radiación de forma efectiva. La comparación del grado de inactivación alcanzado por los microorganismos en los efluentes desinfectados con 1 equipo de media presión y con 2 equipos de media presión en serie evidencia este hecho. Sin embargo, la reducción obtenida no ha sido la esperada, ni cuando se ha añadido una cierta dosis de hipoclorito sódico. La presencia de sustancias orgánicas e inorgánicas en el agua, que absorben luz UV y reaccionan con el hipoclorito, pueden explicar las desviaciones observadas. Fotoreactivación El fenómeno de la fotoreactivación podría explicar algunos de los resultados obtenidos en el análisis de la línea de desinfección con luz UV e hipoclorito. La Tabla 5.18 resume las concentraciones de indicadores bacterianos presentes en los efluentes desinfectado con luz UV y con luz UV e hipoclorito. La transmitancia del agua después de la filtración fue de 45% y el caudal de entrada al sistema de desinfección de 0,71 m3/h. Parte de las muestras se dejaron 1 h expuestas a la luz solar y el resto a oscuras.

Tabla 5.18 Resumen de las concentraciones de los indicadores bacterianos de contaminación fecal después de la desinfección y de ser expuestos a la luz solar. Planta de regeneración de agua de Mataró (Septiembre de 2003).

Preservación de la muestra

en la oscuridad Exposición de la muestra a 1

hora de luz solar Indicador Afluente UV UV+Cl UV UV+Cl

Coliformes totales, ufc (ulog)/100ml

8,10E+05 (5,91)

2,44E+02 (2,39)

0,00E+00 6,50E+03 (3,81)

0,00E+00

Escherichia coli, ufc (ulog)/100ml

7,50E+04 (4,88)

1,50E+02 (2,18)

0,00E+00 6,90E+02 (2,84)

0,00E+00

UV = desinfección del efluente del filtro con 2 lámparas de media presión en serie. UV+hipoclorito = desinfección del efluente del filtro con 2 lámparas de media presión en serie y una dosis de hipoclorito de 3 mg Cl2/l y un tiempo de contacto de 60 minutos.

La Tabla 5.18 muestra que la concentración de los indicadores bacterianos en el agua desinfectada con luz UV aumenta cuando se expone 1 h a la luz solar. La fotoreactivación es más importante en los coliformes totales que en la E.coli. En cambio, la dosis de cloro añadida al efluente desinfectado con UV es suficiente para inactivar totalmente los indicadores fecales y no permitir su reactivación. La reactivación queda anulada por la presencia de cloro residual, cosa que no ocurre en el caso de la luz UV que deja de ser efectiva a la salida del reactor. La concentración de cloro residual en los efluentes desinfectados con hipoclorito es de 1,4 mg Cl2/l para la muestra preservada a oscuras, y de 0,9 mg Cl2/l para la muestra expuesta a la luz solar. Así pues, la luz solar no solamente afecta a la concentración de microorganismos sino también a la reacción del cloro. Respecto al índice de fotoreactivación a la luz solar, los coliformes totales tienen un índice de 0,8% y la E.coli de 0,7%. Los dos índices son bastante parecidos, lo que puede indicar que la fotoreactivación se produce mediante un mecanismo similar en ambos microorganismos.

120 Capítulo 5


1. El número de lámparas de luz UV colocadas perpendicularmente al flujo de agua aumenta la probabilidad de recibir radiación de forma efectiva. La comparación del grado de inactivación alcanzado por los microorganismos en los efluentes desinfectados con 1 equipo de luz UV y con 2 equipos de luz UV en serie evidencia este hecho. Sin embargo, la reducción obtenida no ha sido la esperada. Los indicadores fecales del agua regenerada con luz UV no se inactivan totalmente. La reducción alcanzada por los coliformes totales y la Escherichia coli es parecida, de 3,05 y 3,21 ulog/100ml respectivamente. Los 2 equipos de luz UV inactivan el doble de indicadores bacterianos que 1 solo equipo.

2. Los bacteriófagos F+-ARN son más resistentes a la desinfección mediante

radiación ultravioleta que las bacterias indicadoras, la reducción alcanzada es sólo de 1,38 ulog/100ml. Además, la utilización de 2 equipos de luz UV en serie, en vez de un 1 solo equipo, no aumenta apreciablemente el grado de inactivación alcanzado.

3. No se observa una dependencia clara entre el grado de inactivación microbiana y

la dosis de luz UV aplicada al agua residual. Los resultados obtenidos muestran que aún siendo la transmitancia un factor importante para calcular la dosis, no es suficiente para conocer la dosis efectiva de luz UV que reciben los microorganismos. Existen otros factores que deberían ser incluidos en este cálculo y que permitirían establecer la efectividad real de la desinfección con UV.

4. La inactivación bacteriana aumenta ligeramente cuando al efluente desinfectado

con luz UV se le añaden 2,8 mg Cl2/l, sin llegar a alcanzar 0,50 ulog/100ml. En cambio, el indicador vírico presenta una reducción de 1,50 ulog/100ml. De los tres indicadores estudiados en la línea de desinfección luz UV e hipoclorito, la Escherichia coli es el que más se reduce y los fagos el que menos.

5. La concentración de indicadores bacterianos en el efluente desinfectado con luz

UV aumenta cuando se expone durante 1 hora a la luz solar. La fotoreactivación es mas importante en los coliformes totales que en la Escherichia coli, siendo sus índices de fotoreactivación de 0,8% y 0,7% respectivamente. En cambio, la adición de hipoclorito al efluente impide la reactivación bacteriana.

DESINFECCIÓN CON HIPOCLORITO El objetivo principal de esta parte de la tesina ha sido estudiar la eficacia de la desinfección con hipoclorito como tecnología de regeneración del agua. Para ello, se ha analizado primero el comportamiento hidráulico del reactor tubular de desinfección y después se han evaluado algunos de los parámetros de control físico-químico y microbiológico del proceso. Se ha hecho hincapié en la eficacia alcanzada por la inactivación microbiológica. También se ha estudiado la cinética de la desinfección.


Hidráulica del Reactor Para estudiar la semejanza del reactor de desinfección con un reactor ideal de flujo en pistón se han evaluado diversos parámetros y coeficientes característicos del proceso, a partir de los resultados experimentales obtenidos. Estos parámetros, explicados en el Capítulo 3, han sido: 1) el número de Reynolds, 2) el tiempo de estancia del agua en el reactor y 3) el coeficiente de dispersión. Los datos de los ensayos se han representado gráficamente, con objeto de caracterizar el flujo del reactor y comparándolo con el de un flujo en pistón. Número de Reynolds El régimen de flujo en el reactor se ha determinado mediante el número de Reynolds. La Tabla 5.19 resume los parámetros utilizados para calcular el número de Reynolds según la fórmula (3.14). La temperatura media del agua de abastecimiento de Mataró cuando se realizó el ensayo era de 25ºC. Según la Tabla 3.15, la viscosidad cinemática (υ) del fluido a esta temperatura es de 0,89 mm2/s.

Tabla 5.19 Cálculo del número de Reynolds. Planta de regeneración de agua de Mataró (Septiembre de 2003).

Caudal,

l/h Temperatura,

ºC υ,

m2/s Velocidad,

m/s Diámetro interior,

m Re

710 25 0,89 x 10-6 6,812 x 10-3 0,192 1470 El régimen de flujo en el reactor tubular de desinfección, cuando circula agua de abastecimiento a 25ºC, es laminar ya que el número de Reynolds, tal y como se observa en la Tabla 5.19, es inferior a 2000. No obstante, debe considerarse que el efluente secundario de la EDAR de Mataró tiene una viscosidad superior a la del agua de abastecimiento y por este motivo el número de Reynolds es ligeramente superior cuando se trabaja con agua regenerada, cercano al régimen hidráulico inestable. En estas condiciones, el flujo oscila entre el régimen laminar y el turbulento. Tiempo de estancia La distribución de tiempos de estancia se obtiene registrando la curva del trazador a medida que sale del recipiente. Para ello, se realizó una inyección continua de trazador al inicio del reactor y se calculó de forma indirecta, mediante la conductividad, su concentración a la salida. La Tabla 5.20 resume los valores de la conductividad eléctrica obtenidos con el conductivímetro portátil (marca YSI) y con el conductivímetro de la marca HACH. Además, se ha calculado la concentración de trazador a la salida del reactor mediante la relación lineal entre conductividad y concentración de sal. El cálculo de la concentración de trazador se ha hecho a partir de las lecturas de los conductivímetros y considerando que 5000 µS/cm equivalen a 2700 mg NaCl/l. Esta relación se obtuvo en el laboratorio añadiendo 2,70 gramos de sal a 1 litro de agua destilada y midiendo la conductividad. No obstante, el agua utilizada en el ensayo (agua de abastecimiento de Mataró) tiene una conductividad de 700 µS/cm y por tanto, para hallar la concentración exacta del trazador, a la lectura de los conductivímetros se restó

122 Capítulo 5

700 µS/cm. La concentración de trazador a la salida del reactor tubular de desinfección en función del tiempo se muestra en la Figura 5.29.

Tabla 5.20 Conductividad eléctrica medida con distintos conductivímetros y sus respectivas concentraciones de trazador. Planta de regeneración de agua de Mataró (Septiembre de 2003).

Conductivímetro portátil marca YSI Conductivímetro HACH

Tiempo, min

Conductividad, µS/cm

Concentración del trazador,

mg NaCl/l

Conductividad, µS/cm

Concentración del trazador,

mg NaCl/l 5

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95

100 105 110 115 120 125

70 38 11 1 0

10 168 877

1861 3209 4435 5325 6045 6725 7025 7315 7645 7825 7995 8135 8195 8325 8315 8345 8435

38 21 6 1 0 5

91 474

1005 1733 2395 2876 3264 3632 3794 3950 4128 4226 4317 4393 4425 4496 4490 4506 4555

167 167 84 63 0

63 63 710

1837 3215 4446 5177 5866 6555 6951 7265 7557 7891 7891 7891 8100 8225 8100 7891 7807

90 90 45 34 0

34 34 383 992

1736 2401 2796 3168 3540 3754 3923 4081 4261 4261 261

4374 4441 4374 4261 4216

La Figura 5.29 muestra dos curvas. La primera, de color negro, se obtuvo con el conductivímetro de la marca HACH y la segunda, de color gris, corresponde a la medición hecha con el conductivímetro YSI. Ambas curvas son muy parecidas. Aun así, la curva gris tiene un comportamiento mejor que la negra, al no presentar fluctuaciones. Además, el conductivímetro portátil es más preciso que el de la marca HACH y por este motivo, se ha considerado oportuno utilizar los datos obtenidos mediante el conductivímetro portátil para estudiar la hidráulica del reactor. Tiempo medio de estancia experimental En primer lugar se ha calculado el valor teórico del tiempo medio de estancia hidráulica en el reactor y después el tiempo medio experimental. El tiempo medio teórico se ha obtenido mediante la siguiente fórmula:

QVt teórico = (5.1)


Donde V es el volumen del reactor tubular de desinfección y Q el caudal circulante por el reactor. Teniendo en cuenta que el volumen útil del reactor es de 0,9 m3 y el caudal de 0,71 m3/h, el tiempo medio teórico es de 76 min. El tiempo medio experimental se ha calculado con la media y la varianza de los datos de la concentración en función del tiempo (ver Figura 5.29). El análisis de datos abundantes y la interpolación lineal han sido los métodos utilizados para calcular estos estadísticos. La Tabla 5.21 muestra el valor de los estadísticos y el método utilizado para calcularlos.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0 20 40 60 80 100 120 140

Tiempo, min

Con

cent

raci

ón, m

g/l

Cond. YSICond. HACH

Figura 5.29 Concentración de cloruro sódico a la salida del reactor tubular de

desinfección en función del tiempo. Reactor tubular de desinfección de la planta de regeneración de agua de Mataró (Septiembre de 2003).

Como refleja la Tabla 5.21, el valor experimental del tiempo medio de estancia hidráulica en el reactor es de 31,11 min si el análisis se hace con el método de los datos abundantes y de 33,61 min si se hace por interpolación lineal. Para este último caso, la varianza es de 331,35 min2 y es menor que la varianza obtenida mediante el otro método de análisis. Por lo tanto, el tiempo medio experimental obtenido por interpolación lineal se ajusta mejor al comportamiento de los datos del ensayo con trazador.

Tabla 5.21 Media y varianza de los datos de concentración de trazador en función del tiempo a la salida del reactor tubular de desinfección. Planta de regeneración de agua de Mataró (Septiembre de 2003).

Estadístico Análisis de datos abundantes Análisis por interpolación lineal Media, min 31,11 33,61

Varianza, min2 480,67 331,35

124 Capítulo 5

Modelo de dispersión Distribución de tiempos de estancia Teniendo en cuenta que la inyección de trazador fue continua (entrada en escalón) y que los datos corresponden a una reacción de primer orden (proceso lineal), el comportamiento hidráulico del reactor se ha determinado utilizando únicamente la información aportada por la curva de distribución de tiempos de estancia. La curva de distribución de tiempos de estancia E no se puede obtener directamente a partir de una inyección de trazador en escalón. Se necesita calcular primero la curva F, denominada función escalón normalizada, y después calcular la curva C, función pulso o delta de Dirac. Una vez obtenida la función delta de Dirac, y alcanzado el estado estacionario, la distribución de tiempos de estancia del fluido que entra en el recipiente es igual a la del fluido que sale, y la distribución de estancia E coincide con la curva C. La curva F se obtiene expresando la evolución temporal de la concentración del trazador a la salida del reactor en función de la concentración a la entrada. El flujo de cloruro sódico que se inyectó en el reactor para producir un máximo en la conductividad del agua fue de 898 mg NaCl/s. Las Figuras 5.30 y 5.31 representan la función escalón normalizada (Ft), y la obtenida utilizando una escala de tiempo adimensional (Fθ). Para ambos casos se ha hecho una modificación de la escala de concentración de modo que la curva de la Figura 5.29 queda comprendida entre 0 y 1. Las ecuaciones (5.2) y (5.3) muestran las transformaciones necesarias para obtener Ft y Fθ.

Ft = ( )t·cm

Q· (5.2)

Fθ = ( )θ·cm

Q· (5.3)

Donde:

Q = caudal que circula por el reactor, l/s. ·

m = cantidad de trazador que entra por unidad de tiempo en el reactor, mg/s. c = concentración de trazador a la salida del reactor, mg/l. θ = tiempo adimensional, t/ t .

El caudal utilizado para realizar el ensayo fue de 0,20 l/s, el flujo de trazador a la entrada del reactor fue de 898,33 mg/s y el tiempo medio de estancia del trazador en el reactor ( t obs) fue de 33,61 minutos.


Tiempo, min

0 20 40 60 80 100

F t

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Figura 5.30 Función escalón normalizada. Planta de regeneración de agua de Mataró. (Septiembre de 2003).

Tiempo

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

F θ

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Figura 5.31 Curva F en función de una escala de tiempo

adimensional. Planta de regeneración de agua de Mataró (Septiembre de 2003).

Para un tiempo t posterior a la inyección del trazador, la fracción de trazador en el efluente del reactor es igual a la fracción de efluente con tiempo de estancia menor que t. Expresado de forma matemática, esto permite obtener la relación entre la función escalón Ft y la función impulso Ct. Esta relación se expresa matemáticamente de la siguiente manera:

C dtdF

= (5.4)

Si se trabaja con variables reducidas o adimensionales la ecuación (5.4) no varía.

126 Capítulo 5

Así pues, la ecuación de la curva Ft ó Fθ permite calcular la curva Ct ó Cθ, mediante su derivada. Para hallar la ecuación de la curva Fθ se ha utilizado como línea de tendencia una polinomial de sexto orden con un coeficiente de regresión R2 = 0,9989. La ecuación de esta polinomial es:

F(θ) = 0,0112·θ6-0,1754·θ5+1,0013·θ4-2,6366·θ3+3,0696·θ2-0,6934·θ+0,0143 (5.5) La ecuación de la curva Cθ se obtiene derivando la expresión (5.5) y su representación gráfica se obtiene dando diferentes valores a la variable adimensional θ. Esta curva coincide con la de distribución de tiempos de estancia Eθ y es la que se representa en la Figura 5.32. Tal y como ilustra la Figura 5.32, la máxima concentración de trazador aparece demasiado pronto, la obst < t , lo que indica que hay un estancamiento del agua al inicio del reactor debido a turbulencias o a cortocircuitos.

Tiempo adimensional

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

Cθ =

Eθ

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Figura 5.32 Distribución de tiempos de estancia para una escala de tiempo

adimensional. Reactor tubular de desinfección de la planta de regeneración de agua de Mataró (Septiembre de 2003).

Coeficiente de dispersión El coeficiente de dispersión se ha calculado suponiendo que el reactor tubular de desinfección de la planta se comporta como un reactor cerrado y que se registra una desviación grande del flujo del reactor respecto al flujo en pistón. Considerando estas dos hipótesis, el coeficiente de dispersión se puede evaluar de la siguiente manera:

1. Igualando la función F experimental a una de las curvas de la Figura 5.33. 2. Calcular t y σ2 a partir de los datos de la curva respuesta a un impulso, y

utilizarlos para evaluar D.


La Figura 5.33 representa la familia de curvas respuesta a una inyección continua de trazador, suponiendo que la dispersión dentro del reactor es grande.

Figura 5.33 Familia de curvas adimensionales para grandes valores de

dispersión. Reactor cerrado y aportación continua de trazador (Tomada de Levenspiel et al., 1975).

Comparando la curva de la Figura 5.31 con las curvas de la Figura 5.33, se puede apreciar que la función Fθ del reactor de desinfección se asemeja a las funciones Fθ con parámetros D/u·L entre 0,1 y 0,2. Por lo tanto, las hipótesis de reactor cerrado y dispersión elevada son correctas. El coeficiente de dispersión se ha calculado numéricamente a partir de la media y la varianza de la curva respuesta, mediante la siguiente ecuación (Levenspiel et al., 1975):

−

−

==

−Du·L2

2

2t2

θ e1u·LD2

u·LD2

t

σσ (5.6)

Donde la media ( t ) y la varianza (σ2) son iguales a 33,61 min y 331,35 min2 respectivamente. La ecuación (5.6) queda de la siguiente manera:

)1·(·2·229,01

2 xexx−

−−= (5.7) Donde:

x = D/u·L. La resolución de la ecuación (5.7) permite obtener un parámetro D/u·L igual a 0,18, valor muy parecido al obtenido igualando la función Fθ experimental a una de las curvas propuesta por Levenspiel et al., 1957. Teniendo en cuenta que la longitud del reactor de desinfección es de 31 metros y la velocidad del flujo de 0,0068 m/s, el coeficiente de dispersión resulta ser igual a 0,038 m2/s. Los resultados obtenidos de este análisis permiten concluir que el reactor tubular de desinfección de la planta de regeneración de agua de Mataró se aleja del comportamiento ideal de un reactor de flujo en pistón. El régimen laminar y la elevada

128 Capítulo 5

dispersión molecular son dos de los factores que explican esta falta de semejanza con el reactor más eficiente para la desinfección. Desinfección con Hipoclorito La variable más importante del proceso de desinfección con hipoclorito es el tiempo de contacto. En general, cuanto mayor sea el tiempo de contacto mayor será la inactivación para una concentración dada de desinfectante. La planta de regeneración de agua de Mataró dispone del reactor tubular de desinfección para garantizar un tiempo de contacto de 90 min, con un caudal de trabajo de 0,6 m3/h. Dosis óptima La dosis óptima es la concentración mínima de hipoclorito sódico que produce una inactivación total de los indicadores fecales y que resulta en una concentración de cloro residual entre 0,5 y 5 mg Cl2/l. La dosis teórica es un importante dato de partida para determinar la dosis real que requerirá la desinfección óptima del agua. La dosis a aplicar se estimó a partir de la expresión de White y de los resultados obtenidos en otros proyectos de regeneración. Aguirre (2001) obtuvo una dosis óptima de NaClO en la planta de regeneración de Mataró de 8 mg Cl2/l. Estimación de la dosis de cloro La dosis de cloro necesaria para desinfectar el efluente del filtro se estimó suponiendo las condiciones de la Tabla 5.22.

Tabla 5.22 Parámetros a considerar en el cálculo de la dosis teórica de hipoclorito para la desinfección del efluente del filtro. Planta de regeneración de agua de Mataró.

Parámetro Valor

Coliformes totales en el efluente del filtro 8,06E+05 ufc/100ml Máximo permitido1 de CT en el efluente de la desinfección 2,30E+01 ufc/100ml

Demanda de cloro del agua 6 mg Cl2/l Pérdida de cloro con el tiempo 4 mg Cl2/l Tiempo de contacto con cloro 76 minutos

1 Según las recomendaciones del Código del Agua del Estado de California. El cloro residual requerido para la eliminación de los CT se estima usando la expresión de White (1992):

( )n

n

0 bR·t

NN

= (5.8)

Donde: N = concentración de coliformes totales en el efluente. N0 = concentración de coliformes totales en el afluente. R = dosis de cloro residual remanente después del tiempo de contacto. n = coeficiente que depende de la pendiente del diagrama. b = valor de intersección con las abscisas (ln t) cuando N/N0 es 1.

Los valores típicos de los coeficientes para un efluente filtrado son n = -2,8 y b = 4. Incorporando estos valores y los de la Tabla 5.22 en la expresión de White se obtiene:


( )2,8-

-2,8

5 4,0R·76

8,1.1023

= (5.9)

La resolución de la ecuación (5.9) indica que el cloro residual requerido al final del reactor de desinfección para la eliminación de los coliformes totales es de 2,21 mg Cl2/l. La dosis inicial de cloro puede estimarse así: Dosificación de hipoclorito = 6 mg Cl2/l + 4 mg Cl2/l + 2,21 mg Cl2/l = 12,21 mg Cl2/l

La dosis real será la dosis mínima que cumple con los criterios de calidad microbiológica y genera una concentración de cloro residual en el agua inferior a 5 mg Cl2/l. Resultados obtenidos recientemente en la planta de regeneración de Mataró (Proyecto de regeneración de Mataró ACA-UPC, 2003) permiten asegurar que 12 mg Cl2/l no son suficientes para que las concentraciones de coliformes totales y E.coli sean próximas al nivel de no detección. Por este motivo, la dosis se aumentó hasta 18 mg Cl2/l. Para determinar si esta dosis era suficiente para obtener unas concentraciones próximas al nivel de no detección se realizó un ensayo discontinuo. El ensayo consistió en añadir 18 mg Cl2/l a muestras de agua filtrada y dejarlas reaccionar 10, 25, 40, 55, 70 y 85 min. Pasado este tiempo, se determinó la concentración de especies cloradas y el contenido de indicadores bacterianos. La Tabla 5.23 muestra los resultados del ensayo.

Tabla 5.23 Concentraciones de especies cloradas e indicadores bacterianos después de diferentes tiempos de reacción y para una dosis teórica de hipoclorito de 18 mg Cl2/l. Planta de regeneración de agua de Mataró (Octubre de 2003).

Desinfección con hipoclorito

Tiempo de contacto, min Parámetro Afluente 10 25 40 55 70 85

Coliformes totales, ufc/100ml 8,60E+06 100 ND ND ND ND ND Escherichia coli, ufc/100ml 1,90E+05 90 100 40 ND 10 20 Cloro libre, mg Cl2/l 0,00 0,40 0,30 0,15 0,10 0,10 0,00 Cloro residual, mg Cl2/l 0,00 6,85 6,50 7,00 7,30 6,50 5,60 C·T, mg Cl2·min/l 0,00 68,5 163 280 402 455 476 ND: no detectables.

El cloro residual es la suma de las concentraciones de todas las especies cloradas presentes en el agua. En este caso particular, es la suma de la concentración de cloro libre y monocloraminas. Como se aprecia en la Tabla 5.23, el cloro residual disminuye a medida que aumenta el tiempo de contacto, mientras que el producto C·T aumenta. Los indicadores bacterianos se inactivan completamente cuando C·T es igual a 400 mg Cl2·min/l. La Tabla 5.23 también muestra que la Escherichia coli es más resistente a la desinfección con cloro que los coliformes totales. Esto plantea una cierta incoherencia, ya que dentro de los coliformes totales también se incluye la E.coli. Si los primeros se inactivan totalmente, los otros también deberían hacerlo. La Tabla 5.24 ilustra las concentraciones de los indicadores bacterianos presentes en el agua obtenida en seis puntos de muestreo del reactor tubular de desinfección de la planta de regeneración de Mataró. La desinfección se hizo con una dosis de hipoclorito de 18 mg Cl2/l y a cada punto le corresponde un tiempo de contacto. El tiempo de estancia del agua residual en el reactor se obtuvo experimentalmente mediante el ensayo con trazador y fue de 33,61 minutos, este tiempo corresponde al último punto de

130 Capítulo 5

muestreo. Para el resto de puntos, el tiempo de contacto se obtuvo mediante extrapolación lineal. Como se aprecia en la Tabla 5.24, los coliformes totales se inactivan totalmente, mientras que la Escherichia coli no llega a inactivarse por completo y su concentración al final del reactor es de 10 ufc/100 ml. Estos resultados son parecidos a los del ensayo discontinuo en el laboratorio, donde la concentración de E.coli es superior a la concentración de coliformes totales. La Tabla 5.24 también muestra que las concentraciones de cloro residual se mantienen constantes a lo largo del reactor.

Tabla 5.24 Concentración de cloro residual e indicadores bacterianos en el agua de diferentes puntos del reactor de desinfección de Mataró. Dosis aplicada de 18 mg Cl2/l y caudal de trabajo 0,71 m3/h. Planta de regeneración de agua de Mataró (Octubre de 2003).

Desinfección con hipoclorito

Tiempo de contacto, min Parámetro Afluente 6(1) 11(2) 17(3) 22(4) 28(5) 34(6)

Coliformes totales, ufc/100ml 8,60E+06 ND ND ND ND ND ND Escherichia coli, ufc/100ml 1,90E+05 80 40 20 20 14 10

Cloro residual, mg Cl2/l 0,00 4,90 -- -- 5,00 -- 5,00 C·T, mg Cl2·min/l 0,00 30 -- -- 110 -- 170

(): punto de toma de muestra. ND: no detectables. Los resultados indicados en las Tablas 5.23 y 5.24 confirman la principal conclusión a la que se llegó con el análisis hidráulico del reactor de desinfección: el reactor tubular de la planta de regeneración de agua de Mataró se aleja del comportamiento ideal de un flujo en pistón. Eficacia de la desinfección con hipoclorito La eficacia de la desinfección con hipoclorito es función del tiempo de contacto. El reactor tubular de desinfección de la planta de regeneración de Mataró se diseñó para garantizar un tiempo de contacto de 90 minutos con un caudal de trabajo de 0,6 m3/h. Sin embargo, debido a la hidráulica del reactor y a que el caudal de trabajo aumentó hasta el 0,71 m3/h, el tiempo de contacto es actualmente inferior ( t teórico =76 min y t observado =33,61 min). Además, el pH, la temperatura y la concentración de amoníaco del agua son otros parámetros que deben considerarse a la hora de evaluar la desinfección con hipoclorito. La eficacia del proceso de desinfección con hipoclorito se ha evaluado comparando las concentraciones de bacterias indicadores del agua desinfectada con respecto a las del agua filtrada y decantada. Las muestras se recogieron en tres puntos del reactor de desinfección y corresponden a distintos tiempos de contacto. El modelo de Collins y Selleck (1972) es el que mejor representa la inactivación en función de la dosis de cloro y del tiempo de contacto. La función de primer orden que define este modelo es:

n

0

t

kt·C

NN −

= (5.10)

Donde: N0 = concentración de bacterias en el agua afluente, ufc/100 ml Nt = concentración de bacterias en el agua desinfectada con cloro después de un tiempo de contacto t, ufc/100 ml


k = constante de inactivación bacteriana, mg·t/l t = tiempo de contacto, t n = constante empírica C = concentración de cloro residual, mg/l.

El valor de la constante k se obtiene representando -log (Nt/N0) en función del producto C·t en un papel de escala logarítmica. Las Tablas 5.25 y 5.26 ilustran los valores utilizados para representar la inactivación bacteriana en función de C·t aplicando el modelo de Collins y Selleck. La dosis de hipoclorito que se utilizó para alcanzar esta inactivación fue de 18 mg Cl2/l.

Tabla 5.25 Concentraciones de indicadores bacterianos en el efluente del filtro (N0) y en los efluentes de tres puntos del reactor tubular de desinfección (Nt).

Coliformes totales Escherichia coli Tiempo de contacto,

min N0, ufc/100 ml

Nt, ufc/100 ml

-log0

t

NN

N0, ufc/100 ml

Nt, ufc/100 ml

-log0

t

NN

5,60 1,93E+01 4,54 3,07E+01 4,07 22,41 4,29E+00 5,19 1,83E+01 4,30 33,61

6,63E+05 1,33E+00 5,70

3,62E+05 8,00E+00 4,66

Tabla 5.26 Grado de inactivación y concentración de especies cloradas en diferentes puntos

del reactor de desinfección. Planta de regeneración de Mataró (Agosto de 2003). Inactivación t*,

min Coliformes totales

Escherichia coli

Cloro libre Cl2,

mg Cl2/l

Monocloramina NH2Cl, mg Cl2/l

Cloro residual, mg Cl2/l

C·t, mg Cl2/l-min

0 0 0 0,65 7,35 8,00 -- 5,60 4,54 4,07 0,50 7,00 7,50 42,01 22,41 5,19 4,30 0,45 6,85 7,30 163,57 33,61 5,70 4,66 0,25 6,85 7,10 238,63

* Tiempo de contacto experimental. Caudal de trabajo de 0,71 m3/h. Aguirre (2001) observó que el efluente secundario de la EDAR de Mataró presenta una concentración media de amoníaco de 40 mg NH3/l. Por este motivo, el hipoclorito dosificado al agua reacciona con el amoniaco presente para formar la monocloramina. Así, la desinfección con hipoclorito en la planta de regeneración de agua de Mataró se lleva a cabo por acción principalmente de la monocloramina y en menor grado por el cloro libre. Los valores de la Tabla 5.26 confirman este hecho, ya que el agua desinfectada contiene una mayor proporción de monocloraminas. El cloro residual es la suma de las concentraciones de todas las especies cloradas presentes en el agua. En este caso particular, es la suma de la concentración de cloro libre y monocloraminas. La Tabla 5.26 muestra que la concentración de cloro residual disminuye a medida que aumenta el tiempo de contacto. Las elevadas temperaturas del mes de agosto de 2003, el pH y la materia orgánica del agua son algunos de los factores que explican la pérdida de cloro con el tiempo. La mayor inactivación de microorganismos se produce en los primeros minutos de contacto, donde la acción desinfectante del cloro libre es más efectiva. Como se aprecia en la Tabla 5.26, a medida que la concentración de cloro libre disminuye y la de monocloraminas aumenta, el grado de inactivación se reduce. Aunque las monocloraminas son más estables que el cloro, su poder desinfectante es menor.

132 Capítulo 5

La dosis de hipoclorito que se utilizó para la desinfección del efluente regenerado permitió inactivar 5,70 ulog/100ml de coliformes totales y 4,66 ulog/100ml de Escherichia coli, siendo las concentraciones a la salida del reactor de 1,3 y 8 ufc/100ml respectivamente. Esta reducción se consiguió con un tiempo de contacto de 33,61 min y una concentración de cloro residual de 7,10 mg Cl2/l. El producto C·T fue de 240 mg Cl2 min/l. Las Figura 5.34 representa la inactivación bacteriana en función de C·t aplicando el modelo de Collins y Selleck (1972) y utilizando los valores de las Tablas 5.25-5.26 y del ensayo discontinuo. Como ilustra la Figura 5.34, hay un tiempo inicial para el cual la inactivación de coliformes totales es nula, en cambio para la Escherichia coli la inactivación se produce de forma instantánea. Pasado este tiempo, y para C·t<10 mg Cl2·min/l, el grado de inactivación es mayor para la Escherichia coli que para los coliformes totales. En cambio, para C·t>10 mg Cl2/l, la inactivación es mayor para los coliformes totales que para la E.coli. Esto plantea una cierta incoherencia, ya que dentro de los coliformes totales también se incluye la E.coli. Los resultados de la E.coli del modelo de Collins y Selleck obtenidos del ensayo discontinuo y de la desinfección con hipoclorito confirman que el reactor tubular de desinfección de la planta de regeneración de agua de Mataró se aleja del comportamiento ideal de un flujo en pistón. Si el reactor de desinfección se comportase como un flujo en pistón, las rectas de la Figura 5.34 serían parecidas.

C·t, mg·min/l

0,01 0,1 1 10 100 1000

-log

(N/N

0)

0

1

2

3

4

5

6

Coliformes totalesEscherichia coliEnsayo discontinuo

0,9412r

1,42

0,028C·t

0NN

=

−

=

0,7402r

1,05

0,065C·t

0NN

=

−

=

0,8022r

0,67

4-4,20EC·t

0NN

=

−

=

Figura 5.34 Porcentaje de eliminación de indicadores bacterianos en

función del tiempo de contacto y de la concentración de cloro residual. Planta de regeneración de agua de Mataró (Agosto de 2003).



1. El comportamiento hidráulico del reactor tubular de desinfección instalado en la planta de regeneración de Mataró se aleja del de un reactor ideal de flujo en pistón. El régimen laminar y la elevada dispersión molecular (0,038 m2/s) son dos de los factores que explican este comportamiento. Por otra parte, el reactor se diseñó para garantizar un tiempo de contacto de 90 min y en la realidad el tiempo de contacto es de 34 min. Según Levenspiel et al. (1975), esta diferencia se debe a un estancamiento del agua al inicio del reactor o, dicho de otro modo, a la formación de un flujo preferente por la parte central del reactor tubular, que avanza en forma de “lanza”.

2. Las constantes de inactivación bacteriana del modelo de Collins y Selleck (1972)

son 0,028 para los coliformes totales y 4,20E+04 para la Escherichia coli. Al ser las constantes tan pequeñas, el efecto de la dosis de hipoclorito utilizada es más importante que el tiempo de contacto. La inactivación más intensa de microorganismos se produce en los primeros 10 minutos de contacto y después se mantiene a medida que la concentración de cloro libre disminuye y la de coloraminas aumenta.

3. La dosis teórica de hipoclorito que se utilizó en el proceso de desinfección con

cloro fue de 18 mg Cl2/l. Esta dosis permitió inactivar 5,70 ulog/100ml de coliformes totales y 4,66 ulog/100ml de Escherichia coli, siendo las concentraciones a la salida del reactor de 1,3 y 8 ufc/100ml respectivamente. Esta reducción se consiguió con un tiempo de contacto de 34 minutos y una concentración de cloro residual de 7,10 mg Cl2/l (C·T = 240 mg Cl2·min/l). Segundos después de añadir el hipoclorito al afluente, la concentración de cloro residual fue de 8,00 mg Cl2/l (0,65 mg Cl2/l de cloro libre y 7,35 mg Cl2/l de monocloramina).

FIABILIDAD DEL AGUA REGENERADA Los resultados obtenidos hasta ahora han determinado la contribución relativa de cada etapa del proceso de regeneración en la mejora de la calidad del efluente secundario de la EDAR de Mataró. En los siguientes apartados se estudia la capacidad y la fiabilidad de la planta de regeneración de Mataró para obtener un agua residual que satisfaga los criterios de calidad propuestos por el Código del Agua del Estado de California. Los parámetros de control que han permitido cuantificar, medir y comparar los niveles de calidad son la transmitancia, los coliformes totales, la Escherichia coli y los bacteriófagos F+-ARN. Cada uno de estos parámetros debe cumplir con un objetivo de calidad en el agua regenerada. Estos objetivos se han referido a las recomendaciones para su uso en riego agrícola y concretamente a la directriz del estado de California para riego de cultivos de consumo crudo. Aunque la transmitancia del agua regenerada no está contemplada en las recomendaciones, se ha considerado que sea mayor de un 50%, dado que condiciona el rendimiento de una posterior desinfección con luz ultravioleta.

134 Capítulo 5

La evaluación de la fiabilidad de los parámetros de calidad se ha realizado por medio de un ajuste gráfico a una distribución normal mediante un papel de probabilidad. Estas distribuciones representan los valores obtenidos en ordenadas y las frecuencias acumuladas en abscisas. También se han representado las frecuencias acumuladas correspondientes a los valores de los parámetros del efluente secundario, con objeto de poder comparar fácilmente la calidad del agua afluente y efluente de la planta de regeneración de Mataró. A continuación se muestran las gráficas de los parámetros de calidad evaluados. Transmitancia La Figura 5.35 muestra las distribuciones de probabilidad de la transmitancia del efluente secundario, del agua decantada y del agua filtrada. Tal como ilustra la Figura 5.35, la transmitancia del agua tras la filtración llega a un máximo del 80% cuando la calidad del agua efluente de la EDAR es óptima (el agua no tiene color rosado). En cambio, cuando esta agua tiene color rosado ninguna de las muestras alcanza valores de la transmitancia superiores al 30%. Este es un valor muy bajo, ya que un efluente secundario convencional (urbano) suele presentar valores que oscilan entre el 30% y el 55%, y confirma que una gran parte del contenido de materia orgánica soluble del efluente secundario permanece incluso después de la regeneración. La transmitancia de las muestras del efluente secundario y del efluente del tratamiento físico-químico presenta poca variación y está dentro de un rango de valores pequeño. Sin embargo, la variación en el efluente del filtro es importante ya que fluctúan entre el 15% y el 80%. De este modo, la fiabilidad de la planta de regeneración de agua de Mataró respecto a la transmitancia es muy limitada, ya que el tratamiento físico-químico y la filtración no aseguran una calidad del agua estable antes de la desinfección con luz UV.

F (x), %

0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Tran

smita

ncia

, %

0

20

40

60

80

100


Figura 5.35 Distribuciones de probabilidad de la transmitancia del efluente

secundario, del agua decantada y del agua filtrada. Planta de regeneración de agua de Mataró (Julio-Septiembre de 2003).


Coliformes Totales La Figura 5.36 muestra las distribuciones de coliformes totales en el agua residual tras los siguientes procesos de regeneración:

1. Coagulación – floculación, decantación, filtración, desinfección con luz UV e hipoclorito.

2. Coagulación – floculación, decantación, filtración, desinfección con hipoclorito. Como puede apreciarse en la Figura 5.36, la desinfección con luz UV e hipoclorito consigue que un 10% de las muestras cumplan con el nivel de desinfección recomendado por el Título 22, es decir, ausencia de CT/100 ml. En cambio, la desinfección con hipoclorito consigue que más del 85% de las muestras cumplan con el nivel de no detección de coliformes totales. Además, la pendiente de la distribución de probabilidad de esta segunda opción indica que la dispersión de los resultados es muy baja y por tanto su fiabilidad es alta. Sin embargo, la línea de desinfección con luz UV e hipoclorito muestra una escasa fiabilidad y unos valores superiores a los establecidos por el criterio de calidad considerado.

Coliformes totales

F (x), %

0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

-2

0

2

4

6

8

Efluente secundarioEfluente del físico-químico Efluente del filtroDesinfección con luz UV e hipocloritoDesinfección con hipoclorito

Figura 5.36 Concentraciones de coliformes totales en el agua desinfectada

mediante luz UV e hipoclorito y mediante hipoclorito. Planta de regeneración de agua de Mataró (Julio-Septiembre de 2003).

Escherichia Coli Las Figura 5.37 representa las distribuciones de probabilidad de la concentración de Escherichia coli en el agua residual tras ser tratada por los siguientes procesos:

136 Capítulo 5

1. Coagulación – floculación, decantación, filtración, desinfección con luz UV e hipoclorito.

2. Coagulación – floculación, decantación, filtración, desinfección con hipoclorito.

Como puede apreciarse en la Figura 5.37, un 30% de las muestras desinfectadas con luz UV e hipoclorito y un 65% de las muestras desinfectadas con hipoclorito aseguran una concentración de E.coli próxima al nivel de detección. La pendiente de las distribuciones de probabilidad indica que la variabilidad de los resultados es mayor en la desinfección con luz UV e hipoclorito que en la desinfección con hipoclorito y por tanto la fiabilidad es menor en el primero de estos procesos. Aunque la desinfección con hipoclorito no consigue que el 100% de las muestras cumplan con las recomendaciones para riego superficial de cultivos de consumo crudo, casi el 90% tienen una concentración inferior a 23 CT/100ml, haciendo que el agua regenerada de Mataró sea apta para otras reutilizaciones. En cambio, la línea de desinfección con luz UV e hipoclorito no permite obtener un agua regenerada apta para este tipo de uso.

Escherichia coli

F (x), %

0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

-2

0

2

4

6

8

Efluente secundarioEfluente del físico-químicoEfluente del filtroDesinfección con luz UV e hipocloritoDesinfección con hipoclorito

Figura 5.37 Distribuciones de probabilidad de Escherichia coli en el agua

desinfectada con luz UV e hipoclorito y con hipoclorito. Planta de regeneración de Mataró (Julio-Septiembre de 2003).

Las muestras desinfectadas con hipoclorito y con luz UV e hipoclorito presentan menos variabilidad en la concentración de Escherichia coli que en la de coliformes totales, haciendo que el proceso de desinfección sea más fiable y estable con el tiempo, al margen de los valores absolutos registrados para las concentraciones microbianas.


Bacteriófagos F+-ARN La Figura 5.38 ilustra las frecuencias acumuladas de las concentraciones de bacteriófagos F+-ARN en el agua efluente de la EDAR de Mataró, expresados en unidades logarítmicas (ulog), tras ser tratada con los siguientes procesos de regeneración: 1) tratamiento físico-químico, 2) filtración y 3) desinfección con luz UV e hipoclorito. Como puede apreciarse en la Figura 5.38, el proceso de desinfección con luz UV e hipoclorito de la planta de Mataró sólo es capaz de inactivar de forma fiable 3,40 ulog/100 ml de fagos F+-ARN. Esta inactivación no cumple con las recomendaciones del Título 22 y no puede asegurarse por tanto la desinfección vírica. Además, la gran variabilidad de los resultados obtenidos hace que la fiabilidad de la desinfección respecto la inactivación de fagos sea muy limitada.


F (x), %

0,01 0,1 1 10 30 50 70 90 99 99,9 99,99

Con

cent

raci

ón, u

log/

100m

l

-2

0

2

4

6

8

Efluente secundarioEfluente del físico-químicoEfluente del filtroDesinfección con luz UV e hipoclorito

Figura 5.38 Distribuciones de probabilidad de bacteriófagos F+-ARN en el

agua desinfectada mediante luz UV e hipoclorito. Planta de regeneración de agua de Mataró (Julio-Septiembre de 2003).

El estudio de la desinfección con hipoclorito del indicador vírico no se ha podido realizar debido a que los análisis incumplieron los controles de calidad de la norma ISO. Las recomendaciones del Código del Agua del estado de California en relación con la desinfección vírica, establecen que un agua residual filtrada puede considerarse correctamente desinfectada si el proceso de desinfección combinado con el de filtración es capaz de eliminar un 99,999% (5 unidades logarítmicas) de las unidades formadoras

138 Capítulo 5

de placas de bacteriófagos F-específicos MS2, o del virus de la polio en el agua residual. En este estudio se han utilizado los bacteriófagos específicos F+-ARN en vez de los MS2 porque son los indicadores que utiliza el Departamento de Microbiología de la UB y cuyo protocolo de enumeración e identificación está mejor desarrollado. Además, varios investigadores han observado que los F+-ARN son mejores indicadores que los MS2 y tan resistentes a la desinfección como el virus de la polio. Por tanto, y tal como establece la normativa, los fagos F+-ARN también pueden utilizarse para asegurar la desinfección vírica del efluente. Conclusiones El análisis realizado en este apartado permite formular las siguientes conclusiones:

1. La desinfección con hipoclorito consigue que más del 85% de las muestras analizadas cumplan con los criterios de calidad en cuanto a la ausencia de CT/100ml. En cambio, la desinfección con luz UV e hipoclorito sólo consigue que un 10% de las muestras cumplan con el nivel de desinfección recomendado por el Título 22 para riego de productos de consumo crudo, es decir, ausencia de coliformes totales.

2. La Escherichia coli caracteriza mejor la carga y la contaminación bacteriana del

agua regenerada que los coliformes totales. En general, los resultados de Escherichia coli muestran una mayor regularidad (fiabilidad) que los de coliformes totales, ya que su variabilidad es menor. No obstante, la desinfección con hipoclorito consigue que la concentración de coliformes totales en el efluente sea muy baja, incluso inferior que la de E.coli.

3. El proceso de regeneración basado en una desinfección con luz UV e hipoclorito

de la planta de Mataró es capaz de inactivar 3,40 ulog/100ml de fagos F+-ARN. Esta inactivación no satisface la recomendación del Título 22, que requiere una inactivación de 5 ulog/100ml, y hace que el agua regenerada no alcance la calidad exigida por sus criterios de calidad.

4. Los procesos de regeneración de la planta de Mataró contribuyen a disminuir la

regularidad (fiabilidad) en los resultados de los indicadores fecales.

Cap.tulo 5. Evoluci.n de los par.metros en cada etapa

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